MEMAHAMI PROSES MESIN KONVERSI ENERGI

 Materi Daring Pertemuan Ke-3

Sekolah                    : SMK Negeri 2 Palembang

Kelas/Semester        : X (Sepuluh)/Ganjil

Kompetensi Dasar   : 3.4 Memahami proses mesin konversi energi

                                   4.4 Mendemonstrasikan mesin konversi energi

A. Proses Mesin Konversi Energi

    Ilmu termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan panas dengan kerja. Dua besaran tersebut sangat penting untuk dipahami karakteristiknya untuk pemahaman dasar keteknikan. Jadi jelas pengetahuan dasar termodinamika sangat penting, karena dipakai untuk menganalisis kondisi operasi berbagai alat atau mesin yang berhubungan dengan panas dan kerja.

B. Ciri-Ciri Mesin Konversi Energi 

    Untuk menganalisis mesin-mesin panas atau mesin-mesin fluida, mesin-mesin tersebut disebut dengan benda kerja. Fluida atau zat alir yang dipakai pada benda kerja disebut dengan fluida kerja. Sebagai contoh untuk pompa sebagai benda kerja, fluida kerjanya adalah zat cair (air, oli ), sedangkan kompresor, fluida kerjanya adalah udara.

    Untuk membedakan benda kerja dengan lingkungan sekitarnya, benda kerja sering disebut dengan sistem, yaitu setiap bagian tertentu, yang volume dan batasnya tidak perlu tetap, dimana perpindahan dan konversi energi atau massa akan dianalisis. 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 terja dipertukaran energi atau massa, dengan kata lain energi atau massa tidak melewati batas-batas sistem. 
• Sistem terbuka yaitu apabila energi dan massa dapat melintasi atau melewati batas-batas sistem. Sistem dengan lingkungannya ada interaksi. 

C. Bentuk-bentuk energi

    Energi adalah suatu besaran turunan dengan satuan N.m atau Joule. Energi dan kerja mempunyai satuan yang sama. Sedangkan kerja dapat didefinisikan sebagai usaha untuk memindahkan benda sejauh S (m) dengan gaya F (Newton). Sedang bentuk-bentuk energi lain dijelaskan di bawah ini :
Energi Kinetik : energi suatu benda karena bergerak dengan kecepatan V, sebagai contoh , mobil yang bergerak, benda jatuh dan lain-lain , maka energinya dapat ditulis

Energi potensial adalah energi yang tersimpan pada benda karena kedudukannya. Sebagai contoh, energi potensial air adalah energi yang dimiliki air karena ketinggiannya dari permukaan. 

Energi potesial pegas adalah energi yang dimiliki oleh benda yang dihubungkan dengan pegas untuk berada pada kedudukan tertentu karena penarikan pegas. 

Ep = 0,5.k.x2

Energi mekanik adalah energi total yaitu penjumlahan antara energi kinetik dengan energi potesial.

Em = Ek + Ep 

Adapun energi atau kerja mekanik pada mesin-mesin panas, adalah kerja yang dihasilkan dari proses ekspansi atau kerja yang dibutuhkan proses kompresi. Kerja mekanik (dW) tersebut sebanding dengan perubahan volume (dV) pada tekanan (p) tertentu.

DW = pDV

Sebagai contoh energi ini secara sederhana adalah pergerakan piston, putaran poros engkol, dan lain lain.

Energi mekanik pada benda-benda yang berputar misalnya poros mesin-mesin fluida (turbin, pompa, atau kompresor) dinamakan Torsi, yaitu energi yang dbutuhkan atau dihasilkan benda untuk berputar dengan gaya sentrifugal F dimana energi tersebut pada r tertentu dari pusat putaran.

T= Fx r

Energi Aliran atau kerja aliran adalah kerja yang dilakukan oleh fluida yang mengalir untuk mendorong sejumlah massa m ke dalam atau ke luar sistem.

W energi aliran = pV

Panas (Q) yaitu energi yang ditransfer ke atau dari subtansi karena perbedaan temperatur. Dengan c panas jenis pada tekanan konstan atau volume konstan, energi ini dirumuskan: 

Q = mcDT 

Energi dalam (U); energi dari gas karena pergerakan pada tingkat molekul, pada gas ideal hanya dipengaruhi oleh temperatur saja. 

Entalpi (H); sejumlah panas yang ditambahkan pada 1 mol gas pada tekanan konstan, dengan cp panas jenis pada tekanan konstan, dapat dirumuskan: 

H mc T pD = D 

Energi yang tersedia : bagian dari panas yang ditambahkan ke sistem yang dapat diubah menjadi kerja. Perbandingan antara jumlah energi tersedia yang dapat diubah menjadi kerja dengan energi yang dimasukkan sistem adalah konsep efisiensi.

D. Sifat energi

    Energi di alam adalah kekal artinya energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi hanya dapat diubah dari energi satu ke energi lainnya (Hukum kekekalan energi). Ilmu yang mempelajari perubahan energi dari energi satu ke lainnya disebut dengan ilmu konversi energi. Tingkat keberhasilan perubahan energi disebut dengan efisiensi. Adapun sifatsifat energi secara umum adalah :

a. Transformasi energi artinya energi dapat diubah menjadi bentuk lain, misalkan energi panas pembakaran menjadi energi mekanik mesin.

Contoh yang lain adalah proses perubahan energi atau konversi energi pada turbin dan pompa. Perubahan energi pada turbin adalah sebagai berikut, energi fluida (energi kinetik fluida) masuk turbin dan berekspansi, terjadi perubahan energi yaitu dari energi fluida menjadi energi mekanik putaran poros turbin. Kemudian, putaran poros turbin memutar poros generator listrik, dan terjadi perubahan energi kedua yaitu dari energi mekanik menjadi energi listrik.

Pada Gambar 2.5 terlihat proses konversi energi dari energi listrik menjadi energi fluida. Prosesnya yaitu energi listrik akan diubah menjadi energi mekanik pada motor listrik, energi mekanik tersebut berupa putaran poros motor listrik yang akan diteruskan ke poros pompa. Pada pompa terjadi perubahan energi mekanik menjadi energi fluida, fluida yang ke luar dari pompa mempunyai energi yang lebih tinggi dibanding sebelum masuk pompa.

b. Transfer energi yaitu energi panas (heat) dapat ditransfer dari tempat satu ke tempat lainnya atau dari material satu ke material lainnya.

c. Energi dapat pindah ke benda lain melalui suatu gaya yang menyebabkan pergeseran, sering disebut dengan energi mekanik, seperti yang telah dibahas di bab sebelumnya. 

W = FxS

Energi mekanik putaran poros adalah yang paling sering digunakan untuk perhitungan mesin-mesin konversi energi, karena hampir sebagian besar mesinmesin konversi adalah mesin-mesin rotari. Alasan pemilihan gerak putaran poros mesin (mesin rotari) sebagai transfer energi atau kerja dibanding dengan putaran bolak-balik (reciprocating) adalah karena gerak rotari mempunyai efisiensi mekanik yang tinggi, getaran rendah, dan tidak banyak memerlukan komponen mesin yang rumit. Energi atau kerja langsung dapat ditransfer atau diterima peralatan tanpa peralatan tambahan.

Energi adalah kekal, tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. 

UJI KOMPETENSI 

1. Jelaskan ciri-ciri proses mesin konversi energi dan berilah contoh dalam kehidupan di sekitar kita?

2. Jelaskan dengan singkat tentang besaran pokok termodinamika? 

3. Uraikan denga jelas dan singkat bentuk-bentuk energi yang ada di sekitar kita ? 

4. Uraikan 3 sifat-sifat energi dengan singkat? 

5. Jelaskan prinsip hukum termodinamika pertama dan penerapannya dalam bidang teknologi?