KONVERSI ENERGI
Syarif
Hidayatullah
Pendidikan
Fisika FMIPA UNM
Tahun 2014
Abstrak.
Konversi energi merupakan unit terbaru dalam praktikum
Fisika Dasar 2 FMIPA Universitas Negeri Makassar. Adapun tujian dari praktikum
ini adalah, pertama agar mahasiswa dapat memahami Prinsip kerja mesin panas.
Dalam praktikum ini
sdslsh untuk memahami prinsip kerja dari mesin panas dalam melakukan konversi
energi. Proses konversi energi dari mesin panas ini akan
terlihat dalam gravik yang terbentuk melalui progrsm CASSY LAB.Adapun alat yang digunakan dalam praktikum kali ini
adalah Komputer yang telah dilengkapi dengan program Cassy Lab serta mesin
panas.
Pada peaktiku kali ini, praktikan akan
meninjau proses konversi energi panas menjadi energi gerak melalui mesin panas.
Adapun prosedur kegiatan praktikum kali ini yakni mesin panas yang telah
tersedia dan dirangkai di lab dihubungkan dengan komputer, mesin panas kemudian
dipanaskan sampai sistem mekanik mesin
bergerak. Pada saat mesin panas berjalan akan muncul grafik pada komputer yang
dihubungkan dengan perangkat mesin panas. melalui program CASSY LAB
Adapun grafik yang diperoleh dari proses
kerja mesin panas yakni proses ekspansi mdan kompresi Adiabatik, sehingga menunjukkan
bahwa pada saat udara dalam sistem terutup dipanaskan terjadi perubahan volume
dan tekanan. Maka hal inilah yang dimanfaatkan oleh mesin panas untuk
mengkonversi energi panas menjadi enrgi kerja (gerak/kinetik)
KATA KUNCI: konversi energi, fisika dasar 2, mesin
panas, termodinamika, tekanan, volume, ekspensi, kompresi
PENDAHULUAN
Dalam kajian ilmu fisika energi
yang diartikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja dikatakan tidak dapat
diciptakan maupun dimusnakan, tetapi energi dapat diubah (dikonversi) dari satu
bentuk ke bentuk yang lain. misalnya pada kompor di dapur, energi yang tersimpan dalam minyak tanah
diubah menjadi api. Selanjutnya jika api digunakan untuk memanaskan air dalam
panci, energi berubah bentuk lagi menjadi gerak molekul-molekul air. Perubahan
bentuk energi ini disebut konversi.
Energi dalam suatu sistem tertentu
dapat dirubah menjadi usaha, artinya kalau energi itu dimasukkan ke dalam
sistem dan dapat mengembang untuk menghasilkan usaha. Sebagai contoh sistem
konversi energi, apabila bahan bakar bensin (premium) yang dimasukkan ke dalam
silinder mesin konversi energi jenis motor pembakaran dalam, misalnya sepeda
motor. Energi (C8H18/iso-oktan atau nilai kalor) yang tersimpan sebagai ikatan
atom dalam molekul bensin/premium dilepas pada waktu terjadi pembakaran dalam
silinder, hasil pembakaran ini ditransfer menjadi energi panas/kalor. [1]
Dalam kehidupan sehari-hari kita
akrab dengan benda atau mesin yang menkonversi energi panas menjadi kerja
(gerak). Misalnya saja mesin panas yang akan di gunakan pada praktikum kali
ini. Praktikum kali ini dinilai sangat penting karena dengan sebuah mesin panas
kita dapat mengetahui dan menyelidiki suatu proses termodinamika seperti
stirling proses. Selain itu prinsip kerja mesin panas tidak jauh berbeda dengan
mesin-mesin konversi energi lainnya yang akrab dengan kehidupan sehari-hari,
seperti mesin karnot, mesin uap, mesin bensin, mesin sepeda motor, dan mesin
lainnya. Adapun tujuan dari eksperimen kali ini adalah, pertama untuk memahami
prinsip kerja mesin panas, kedua dapat menampilkan diagram PV dari proses
dalam mesin panas melalui program CASSY
Lab, dan yang ketiga untuk memahami konversi energi mesin panas.
TEORI
Ilmu
termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan panas dengan kerja.Dua
besaran tersebut adalah sangat penting untuk dipahami karakeristiknya
untuk pemahaman dasar keteknikan. Jadi jelas pengetahuan dasar
termodinamika sangat penting, karena dipakai untuk menganalisa kondisi
operasi berbagai alat atau mesinyang berhubungan dengan panas dan kerja.
Untuk
menganalisa mesin-mesin panas atau mesin-mesin fluida, mesin-mesintersebut
disebut dengan benda kerja. Fluida atau zat alir yang dipakai pada benda
kerjadisebut dengan fluida kerja. Sebagai contoh untuk pompa sebagai benda
kerja, fluidakerjanya adalah zat cair (air, oli ), sedangkan kompresor fluida
kerjanya adalah udara.Untuk membedakan benda kerja dengan lingkungan
sekitarnya, benda kerja seringdisebut dengan sistem, yaitu setiap bagian
tertentu, yang volume dan batasnya tidak perlu tetap, dimana
perpindahan dan konversi energi atau massa akan dianalisa.Adapun istilah
istilah yang sering disebut adalah sebagai berikut.Batas sistem adalah garis
imajiner yang membatasi sistem dengan lingkungannya.Sistem tertutup yaitu
apabila sistem dan lingkungannya tidak terjadi pertukaran energiatau massa,
dengan kata lain energi atau massa tidak melewati batas-batas sistem.Sistem
terbuka yaitu apabila energi dan massa dapat melintasi atau melawati
batas- batas sistem. Sistem dengan lingkungannya ada interaksi. [3]
Energi merupakan sesuatu pengertian yang tidak mudah
didefinisikan dengan singkat dan tepat. Energi yang bersifat abstrak yang sukar
dibuktikan, tetapi dapat dirasakan adanya. Energi atau yang sering disebut
tenaga, adalah suatu pengertian yang sering sekali digunakan orang. Kita sering
mendengar istilah krisis energi yang bermakna untuk menunjukkan krisis bahan
bakar (terutama minyak). Bahan bakar adalah sesuatu yang menyimpan energi, jika
dibakar akan diperoleh energi panas yang berguna untuk alat pemanas atau untuk
menggerakkan mesin. Energi dalam kehidupan sehari-hari arti gerak, misal
seorang anak banyak bergerak dan berlari-lari dikatakan penuh dengan energi.
Energi juga dihubungkan dengan kerja. Seseorang yang mampu bekerja keras
dikatakan mempunyai energi atau tenaga besar. Jadi boleh dikatakan energi
adalah sesuatu kekuatan yang dapat menghasilkan gerak, tenaga, dan kerja.
Energi dalam pengetahuan
teknologi dan fisika dapat diartikan sebagai kemampuan melakukan kerja. Energi
di dalam alam adalah suatu besaran yang kekal (hukum termodinamika pertama).
Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat
dikonversikan/berubah dari bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain,
misalnya pada kompor di dapur, energi yang tersimpan dalam minyak tanah diubah
menjadi api. Selanjutnya jika api digunakan untuk memanaskan air dalam panci,
energi berubah bentuk lagi menjadi gerak molekul-molekul air. Perubahan bentuk
energi ini disebut konversi. Sedangkan perpindahan energi disebabkan adanya
perbedaan temperatur yang disebut kalor. Energi juga dapat dipindahkan dari
suatu sistem ke sistem yang lain melalui gaya yang mengakibatkan pergeseran
posisi benda. Transfer energi ini adalah kemampuan suatu sistem untuk
menghasilkan suatu kerja yang pengaruh/berguna bagi kebutuhan manusia secara
positif. Jadi energi adalah suatu kuantitas yang kekal, dapat berubah bentuk,
dan dapat pindah dari satu sistem ke sistem yang lain, akan tetapi jumlah
keseluruhannya adalah tetap. [2]
Mesin
panas adalah sistem yang bekerja secara siklus, dan melalui permukaan-permukaan
batasannya, energi dalam bentuk panas dan kerja yang dapat mengalir. Tujuannya
mengubah panas menjadi kerja. Mesin panas mengalami proses – proses secara
periodik kembali kekeadaan semula (reversible). Sebagai contoh yaitu PEMBANGKIT
TENAGA UAP, fluida kerjanya adalah H2O yang mengalir secara kontiniu dan
stasioner melalui ketel (dalam bentuk air dan kemudian menguap), mengalir ke
turbin. Keluar dari turbin sebagai uap air pada temperatur dan tekanan rendah.
H2O (uap air) masuk ke Condenser, disini H2O (uap air) berubah menjadi air
kembali, dan air ini di pompa kembali ke ketel. Proses ini berlangsung secara
periodik.
Dengan sebuah
mesin panas, maka dimungkinkan penyelidikan secara eksperimental dari suatu
proses termodinamika (seperti stirling proses). Mesin panas dioperasikan dengan
menggunakan energi panas dari pembakar (alkohol, spritus, dll) sebagai sumber
energi. Selain itu energi untuk menggerakkan mesin dapat juga dihasilkan dari
sebuah mesin listrik (dinamo listrik) yang terhubung dengan sebuah gear (roda)
melalui belt (rantai). Mesin panas yang terdiri dari piston yang melekat
didalam sebuah tabung akan bergerak maju-mundur akibat pemberian kalor (energy
panas).
Tabung
berisi udara ketika dipanaskan membuat tekanan dalam tabung membesar sehingga
akan mendorong piston dan menggerakkan system mekanik yang terhubung dengan
alat pencacah gerak (pengukur kecepatan sudut putar). Pada saat tabung bergerak
ke belakang di ujung tabung terdapat lubang kecil sehingga piston yang berkerak
melewati lubang ini akan berbalik arah oleh karena tekanan dalam tabung menurun
(diakibatkan oleh lubang kecil diujung tabung). Sebuah pencacah tekanan dan
volume digunakan untuk mendeteksi perubahahn tekanan dan volume dalam tabung.
Pencacah ini terhubung langsung dengan Komputer sehingga datanya dapat
ditampilkan dalam grafik PV. Bagan dari mesin panas yang dimaksud diberikan
seperti pada di
bawah ini.
`
METODOLOGI EKSPERIMEN
Alat dan bahan yangdigunakan pada
praktikumm kali ini adalah seperangkat mesin panas yang telah dirangkai,
komputer, dan alat pembakar
Adapun prosedur kerja pada
praktikum kali ini adalah, yang pertama praktikan harus memastikan semua perangkat kerja telah
terhubung secara benar (sebaikmya tanyakan atau minta bantuan asisten jika ada yang kurang jelas). Komputer
yang telah terhubung dengan perangkat mesin panas kemudian dinyalakan. Selanjutnya
pembakar dinyalakan dan ditempatkan pada posisinya. Pembakar tersebut
dinyalakan selama kurang lebih 30 detik sampai mekanik mesin bergerak. Untuk
memancing roda gila berputar, diberikan dorongan searah jarum jam. Program
CASSY Lab pada komputer kemudian dijalankan dan diatur sehingga dapat dilakukan
perekaman terhadap tekanan P dan volume V sehingga akan tampil grafik kompresi
dan ekspansinya. File rekaman terseut kemudian disimpan dan sijadikan sebagai
hasil pengamatan.
HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISA DATA
Berdasarkan hasil praktikum yang
kami lakukan maka diperoleh data peroleh data yang dituangkan dalam bentuk
diagram dibawah ini
|
b
|
|
a
|
Pada
saat pemanasan atau pemberian kalor kepada mesin panas, maka secara otomatis
volume dalam tabung meningkat.
Karena system dalam keadaan tertutup maka tidak ada gas yang keluar sehingga
pertambahan volume gas karena pemanasan menimbulkan perubahan tekanan yang
cukup besar. Tekanan yang dihasilkan ini kemudian digunakan untuk menggerakan
piston. Sementara itu pada saat tabung bergerak ke belakang di ujung
tabung terdapat lubang kecil sehingga piston yang berkerak melewati lubang ini
akan berbalik arah oleh karena tekanan dalam tabung menurun (diakibatkan oleh
lubang kecil diujung tabung). Sebuah pencacah tekanan dan volume digunakan
untuk mendeteksi perubahahn tekanan dan volume dalam tabung. Pencacah ini
terhubung langsung dengan Komputer sehingga datanya dapat ditampilkan dalam
grafik PV.
Pada grafik terlihat bahwa grafik
berjaln dari a ke b pada saat itu tabung dipnaskan sehingga volume meningkat
dalam tabung, dengan kata lain terjadi proses ekspansi pada saat pemansan.
Selanjutnya gas penggerak menyusup ke ruangan yang dingin, dengan melepas panas
pada saat bersamaan. Karena penurunan suhu ini volume gas berkurang dan sisitem
menerima kerja kompresi sesuai yanbg terlihat pada proses b ke a yang
menyebabkan volume gas kembali ke keadaan awal
SIMPULAN
Dari praktikum yang dilakukan
dapat disimpulkan bahwa mesin panas adalah mesin yang mengkonversi energi panas
menjadi energi lerja berupa gerak. Mesin panas bekerja dengan prinsip memanfaatkan
adanya perubahan tekanan dan volume pada gas dalam system tertutup. Mesin Panas bekerja karena adanya ekspansi gas ketika
dipanaskan dan diikuti kompresi gas ketika didinginkan. Dari grafik terlihat
bahwa proses yang terjadi adalah ekspansi dan kompresi isotermal.
REFERENSI
Douglass Giancoli. 2004. Fisika. Jakarta :
Erlangga
Halliday, David dan Resnick, Robert. 1999.
Fisika Jilid 1 Edisi Ketiga (Terjemahan). Jakarta: Erlangga.
Tipler,
Paul A. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 1 (Terjemahan).
Jakarta: Erlangga
Tidak ada komentar:
Posting Komentar