TUGAS THERMODINAMIKA PENERAPAN THERMODINAMIKA PADA ALAT PENGERING PAKAIAN Oleh : Wisnu Dimas Sasongko NIM : K2513071 Dosen Pengampu : Danar Susilo Wijayanto S.T.,M.Eng Artikel Ilmiah Ini Disusun Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Thermodinamika PENDIDIKAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2014
ABSTRAK Dalam kehidupan sehari-hari kita sebagai manusia pasti melakukan sebuah aktivitas, yang aktivitas itu dibantu atau dengan peralatan penunjang. Seperti alat pengering pakaian, alat pendingin dan banyak lagi. Dari hal tersebut sebenarnya banyak ilmu pegetahuan yang bisa digali dari peralatan yang mudah dijumpai dalam kehidupan sehari-hari tersebut. Salah satunya ilmu Thermodinamika, dan dengan disusunnya artikel ilmiah ini semoga dapat menambah wawasan pembaca tentang Ilmu Thermodinamika. kata kunci : alat pengering pakaian, thermodinamika, aplikasi thermodinamika ii
KATA PENGANTAR Puji syukur alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat, rahmat, taufik dan hidayah-nya, penyusun dapat menyelsaikan tugas artikel ilmiah yang termasuk dalam tugas mata kuliah Thermodinamika. Adapun judul artikel ilmiah yang kami susun adalah PENERAPAN THERMODINAMIKA PADA ALAT PENGERING PAKAIAN. Kenapa kami mengambil judul tersebut, karena kami mencari sesuatu yang sederhana, sesuatu yang mudah dijumpai dalam kehidupan sehari-hari. Dengan itu, cara untuk pemahaman tentang prinsip Thermodinamika yang ada di kehidupan sehari-hari dapat lebih bisa dipahami oleh pembaca. Semoga artikel ilmiah ini berguna. Surakarta, Februari 2014 Penyusun iii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i ABSTRAK... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... iv BAB I PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang... 1 B. Rumusan Masalah... 1 C. Tujuan... 1 D. Manfaat... 2 E. Metode Ilmiah... 2 BAB II PEMBAHASAN... 3 A. Thermodinamika... 3 B. Hukum Thermodinamika... 3 1. Hukum Awal (Zeroth Law) Thermodinamika... 3 2. Hukum Pertama Thermodinamika... 4-5 3. Hukum Kedua Thermodinamika... 6 4. Hukum Ketiga Thermodinamika... 7 C. Aplikasi Thermodinamika Dalam Kehidupan Sehari-Hari... 8-10 D. BAB III PENUTUP... 11 A. Kesimpulan... 11 B. Saran... 11 DAFTAR PUSTAKA... 12 iv
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Dalam pembelajaran sering dijumpai peserta didik yang kurang paham akan pelajara yang disampaikan. Salah satunya tentang Ilmu bidang Thermodinamika khususnya, yang mempunyai kaidah/patokan yang perlu pemahaman lebih, karena begitu banyaknya cabang ilmu yang harus dipahami. Maka dengan disusunnya artikel ilmiah ini pembaca bisa lebih paham tentang Thermodinamika yang diulas dengan contoh sederhana yang banyak dijumpai di kehidupan sehari-hari, seperti contoh pada Alat pengering pakaian,lemari pendingin,dan yang lain. B. Rumusan Masalah Seperti yang telah dipaparkan dalam latar belakang masalah tersebut adalah kurangnya media yang menarik untuk pemahaman yang lebih mendalam tentang ilmu Thermodinamika. C. Tujuan 1. Untuk memaparkan tentang aplikasi thermodinamika dalam kehidupan sehari-hari. v
2. Sebagai referensi tentang ilmu Thermodinamika yang terdapat dalam kehidupan sehari-hari. 3. Untuk memenuhi tugas mata kuliah Thermodinamika. D. Manfaat 1. Pembaca paham tantang aplikasi Ilmu Thermodinamika yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari. 2. Sebagai bahan referensi pembaca tentang Ilmu Thermodinamika. E. Metode Ilmiah Dalam penyusunan artikel ini kami menggunakan Metode Fenomenologis yang berdasar dari pengalaman dalam kehidupan sehari-hari dan dari referensi yang lain. vi
BAB II PEMBAHASAN A. Thermodinamika Thermodinamika adalah sebuah cabang ilmu fisika yang berisi tentang hubungan antara panas, kerja mekanik,dan aspek yang lain dari energi dan perpindahan energi (Young & Freedman, 2002). Kata Thermodinamka sendiri berasal dari kata yang berarti kalor dan dynamics yang berarti kakas atau gaya. Jadi bisa disimpulkan kata Thermodinamika sendiri mempunyai arti kemampuan panas dari benda yang menghasilkan usaha. B. Hukum Thermodinamika Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem thermodinamika, yaitu : 1. Hukum Awal (Zeroth Law) Thermodinamika Berisi bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dapat saling setimbang satu dengan lainnya. Hal ini dikarenakan kalor yang terdapat pada sistem berupa partikel yang bervibrasi, partikel tersebut berpindah dan mengalirkan energinya ke partikel disebelahnya. Contohnya seperti ini : vii
Ada 3 buah benda, bernama 1,2,3 dengan kondisi yang tidak sama. Tapi setelah ketiga benda tersebut bersentuhan akan terjadi kesetimbangan, atau bisa disebut benda 1=2=3. 2. Hukum Pertama Thermodinamika Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem thermodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem. Hukum pertama ini juga menyatakan bahwa energi suatu sistem yang terisolasi adalah konstan. Aliran kalor atau kerja (usaha) yang dialami oleh suatu sistem dapat menyebabkan sistem tersebut memperoleh atau kehilangan energi, tetapi secara keseluruhan energi itu tidak ada yang hilang, energi tersebut hanya mengalami perubahan. Berdasarkan hukum kekekalan energi tersebut, hukum I thermodinamika dirumuskan sebagai berikut: Untuk setiap proses, apabila kalor Q diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha W, maka selisih energi, Q W, sama dengan perubahan energi dalam U dari sistem : U = U2 U1 = Q W atau Q = U + W viii
Perjanjian tanda untuk Q dan adalah sebagai berikut : - Jika sistem melakukan usaha, nilai W bertanda positif, - Jika sistem menerima usaha, nilai W bertanda negatif U dan Q merupakan fungsi status; nilainya tidak tergantung dari lintasan spesifik. Fakta penting yaitu dari mana U dan Q berasal pada mulanya dan ada dimana sekarang. Istilah-istilah thermodinamika yang umum meliputi: Isotermal : temperature adalah konstan, U = 0 Adiabatik : tak ada perubahan dalam kandunganm kalor, Q = 0 Isobarik : tekanan tetap konstan, P = 0 Isovolumetrik : volume tetap konstan dan dengan demikian W = 0 ix
Dalam suatu proses isothermal, perubahan dalam kandungan kalor sama dengan usaha yang dilakukan. Dalam suatu proses adiabatik, perubahan dalam status energi internal sama dengan usaha yang dilakukan. Dalam suatu proses isovolumetrik, perubahan dalam energi internal sama dengan usaha yang dilakukan. Dalam suatu proses isovolumetrik perubahan dalam energi internal sama dengan perubahan dalam kandungan kalor. 3. Hukum kedua Thermodinamika Hukum kedua thermodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi (S)dari suatu sistem thermodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya. Perubahan entropi (perubahan dalam jumlah keadaan yang tidak teratur) disingkat dengan huruf S. Ingat entropi dari suatu gas > zat cair > zat padat, atau keadaan yang kacau dalam kehidupan sehari-hari yang tidak pernah tampak menurun. Hukum kedua memungkinkan terjadinya hal sebagai berikut: 1. S > 0, yang melukiskan proses-proses spontan dan tidak dapat kembali (irreversible) yang terjadi di alam ( misalnya, bola yang mulamula diam,berrgulir menuruni lereng bukit yang curam ke arah pusat grativasi; sekelompok semut menyebar di seluruh tempat; kalor mengalir dari sesuatu yang lebih panas ke sesuatu yang lebih dingin). Dalam kasuskasus ini S adalah positif ( + ). x
2. S = 0, yang menyatakan bahwa keadaan yang kacau (disorder) tidak berubah sekarang, tetapi akan berubah dengan segera. Proses-proses seperti ini dapat kembali (reversible), sebab setiap waktu dapat menjadi spontan dan irreversible: (misalnya, sebuah bola yang diam pada puncak gunung yang seterusnya tinggal diam hingga suatu fenomena alam seperti angin rebut atau gempa bumi menyebabkan bola bergulir). Hubungan yang terdapat diantara kandungan kalor (Q), entropi (S), dan energi gas pada suatu sistem (G) : G = Q T S. Jika suatu proses spontan ( S+) terjadi dalam suatu sistem tertutup (( Q = 0), maka energi bebas dari sistem tersebut ( G) pasti (-). oleh sebab itu, G adalah negatif dan S adalah positif, jika suatu proses berlangsung secara spontan. 4. Hukum ketiga Thermodinamika Hukum ketiga thermodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol. xi
C. Aplikasi Thermodinamika dalam kehidupan sehari-hari Dalam kehidupan sehari-hari banyak sekali ditemui kejadian yang mempunyai prinsip Thermodinamika. Mulai dari cahaya matahari yang sampai ke Bumi, dan di Bumi energi tersebut dikonversi menjadi energi-energi yang lain. Selain itu Thermodinamika juga berperan dalam perkembangan teknologi di kehidupan. Seperti dulu memasak dengan bahan bakar kayu, sekarang menggunakan listrik,dll. Salah satu contoh penerapan Thermodinamika dalam kehidupan sehari-hari adalah Alat pengering pakaian. Dulu atau mungkin sekarang sebagian orang mengeringkan pakaian masih dengan menjemurnya dibawah sinar matahari. Akan tetapi cara tersebut memakan waktu yang banyak, dan harus didukung cuaca yang terik selain itu pakaian juga mudah bau dan pudar warnanya, karena terlalu lama dijemur, lalu apabila cuaca mendung/sedang hujan pengeringan pakaian akan terhambat. Dari cara tersebut yang tidak efisien maka muncul inovasi alt pengering pakaian yang murah,mudah,dan lebih efisien. Efisien disini meliputi efisien waktu,tempat,dan biaya. xii
Skema Pengering pakaian Jadi kerja dari alat tersebut adalah, udara masuk lewat blower yang dihembusakan melewati pemanas, otomatis udara yang masuk akan bersuhu tinggi setelah melewati pemanas lalu dilanjutkan udara yang bersuhu tinggi tersebut akan masuk kedalam almari yang didalamnya terdapat pakaian basah. Karena udara panas akan masuk terus menerus sampai waktu yang telah ditentukan, dibuatlah lubang fentilasi yang berfungsi untuk keluarnya uap air hasil dari pemanasan pakaian basah oleh udara yang bersuhu tinggi. Dengan demikian pakaian yang ada didalam almari akan kering tanpa mengurangi kualitas pakaian yang dikeringkan. Dari peristiwa diatas, dapat diambil kesimpulan bahwa alat pengering pakaian yang telah dibahas diwal adalah alat yang mempunyai prinsip Thermodinamika xiii
Hukum kedua. Dan untuk peristiwa diatas hukum Thermodinamika kedua yang tepat adalah pernyataan yang dikemukakan oleh Clausius. Pernyataan Clausius dapat di ungkapkan sebagai berikut : Adalah tidak mungkin membuat sebuah alat yang beroperasi dalam sebuah siklus tanpa adanya efek dari luar untuk mentransfer panas dari media bertemperatur rendah ke media bertemperatur tinggi. Telah diketahui bahwa panas akan berpindah dari media bertemperatur tinggi ke media bertemperatur rendah. Pernyataan Clausius tidak mengimplikasikan bahwa membuat sebuah alat siklus yang dapat memindahkan panas dari media bertemperatur rendah ke media bertemperatur tinggi adalah tidak mungkin dibuat. Hal tersebut mungkin terjadi asalkan ada efek luar yang dalam kasus tersebut dilakukan/diwakili oleh pemanas yang dibantu oleh blower. Kedua alat tersebut mendapat energi dari dari listrik. xiv
BAB III PENUTUP A. Kesimpulan 1. Alat rumah tangga atau alat non rumah tangga yang sering dijumpai dalam kehidupan sehari-hari, sebagian besar mempunyai prinsip Ilmu Thermodinamika. 2. Salah satu alat yang mempunyai prinsip Ilmu Thermodnamika adalah Alat Pengering pakaian. 3. Alat pengering pakaian merupakan alat yang mempunyai prinsip hukum Thermodinamika kedua, seperti pernyataan dari Clausius yaitu : Adalah tidak mungkin membuat sebuah alat yang beroperasi dalam sebuah siklus tanpa adanya efek dari luar untuk mentransfer panas dari media bertemperatur rendah ke media bertemperatur tinggi. B. Saran 1. Meningkatkan penerapan dari teori thermodinamika untuk kehidupan seharihari. 2. Memperbanyak pengetahuan tentang thermodinamika. xv
DAFTAR PUSTAKA Bresnick, Stephen. 2002. Intisari Fisika. Jakarta. Penerbit Hipokrates Marpuah,Dwi. 2010. Pembuatan Prototipe Alat Pengering Pakaian Berbasis Mikrokontroler AT89S51. Surakarta. Universitas Sebelas Maret Paruntungan, Leo Sahat. 2000. Pengembangan cool - hot box berbasis pompa kalor thermoelektrik dan heat pipe. Jakarta. Universitas Indonesia Sudjito,Saifuddin.B,Agung.S,. 2013. Diktat Termodinamika Dasar. Malang. Universitas Brawijaya xvi