Skema pada gambar 5 dapat digambarkan garis kerjanya pada diagram T-s seperti pada gambar 6 berikut ini.

Gambar 6 diagram T-s untuk siklus Rankine ideal sederhana

Keterangan gambar 6 :
Proses 1 – 2 adalah proses pada tekanan konstan yang berlangsung pada boiler. Pada proses ini kalor masuk ke dalam sistem (Q_in).
Proses 2 – 3 adalah proses ekspansi isentropis (adiabatis reversibel) yang berlangsung di dalam turbin uap. Pada proses ini terjadi kerja keluar sistem (W_out)
Proses 3 – 4 adalah proses pada tekanan konstan yang berlangsung di dalam kondensor. Pada proses ini kalor keluar dari sistem (pembuang kalor) (Q_out).
Proses 4 – 1 adalah proses penekanan secara isentropis oleh pompa. Pada proses ini kerja masuk ke dalam sistem (W_in).
Pada siklus Rankine ideal sederhana. Air dipompa oleh pompa pengisi boiler ke dalam boiler. Pompa yang bertugas untuk memompakan air ke dalam boiler disebut feed water pump. Pompa ini harus dapat menekan air ke boiler dengan tekanan yang cukup tinggi (sesuai dengan tekanan kerja siklus). Secara ideal pompa bekerja menurut proses isentropis (adiabatis reversibel) dan secara aktual pompa bekerja menurut proses adiabatis irreversibel.
Di dalam boiler, air yang bertekanan tinggi dipanaskan hingga menjadi uap panas lanjut, prosesnya adalah sebagai berikut:

1. Ekonomiser, air pertama-tama masuk ke ekonomiser. Ekonomier berfungsi sebagai pemanas awal. Sesuai namanya alat ini berfungsi untuk meningkatkan efisiensi boiler dengan cara menggunakan panas sisa gas buang untuk memanaskan awal air yang masuk ke boiler.
2. Evaporator, dari ekonomiser, air masuk ke drum penampung air di evaporator. Di dalam evaporator air dipanaskan melalui pipa-pipa evaporasi hingga berubah menjadi uap. Uap air yang keluar dari evaporator adalah uap jenuh.
3. Superheater, selanjutnya uap jenuh dari evaporator masuk ke superheater. Superheater adalah alat penukar kalor yang dirancang khusus untuk memanaskan uap jenuh menjadi uap panas lanjut dengan menggunakan gas panas hasil pembakaran. Uap panas lanjut yang keluar dari superheater siap digunakan untuk memutar turbin uap.

Uap panas lanjut dari boiler kemudian dialirkan ke turbin uap melalui pipa – pipa uap. Di dalam turbin uap , uap panas lanjut diekspansikan dan digunakan untuk memutar rotor turbin uap. Proses ekspansi di dalam turbin uap berlangsung melalui beberapa tahap yaitu :
1. Proses ekspansi awal di dalam turbin tekanan tinggi (roda Curtis)
Uap panas lanjut yang bertekanan tinggi diekspansikan di nosel dan kemudian digunakan untuk memutar roda Curtis. Roda Curtis adalah turbin uap jenis turbin implus. Pada roda Curtis terjadi penurunan tekanan yang signifikan.
2. Proses ekspansi pada turbin tingkat menengah.
Turbin tingkat menengah menggunakan turbin jenis reaksi dan tersusun atas beberapa tingkat turbin.
3. Proses ekspansi tingkat akhir.
Pada tingkat akhir ini uap terus diekspansikan hingga tekanan sangat rendah (biasanya dibawah tekanan atmosfir ) dengan bantuan kondensor.
Putaran poros yang dihasilkan dari proses ekspansi uap panas lanjut di dalam turbin digunakan untuk memutar beban. Beban dapat berupa generator listrik seperti di PLTU atau propeler (baling-baling) untuk menggerak kapal.
Uap tekanan rendah dari turbin uap mengalir ke kondensor. Di dalam kondensor, uap didinginkan dengan media pendingin air hingga berubah fase menjadi air. Kemudian air ditampung di dalam tangki dan dipisahkan dari gas-gas yang tersisa dan siap untuk dipompa ke dalam boiler oleh pompa pengisi boiler. Proses ini terus berlanjut dan berulang membentuk sebuah siklus yang disebut siklus Rankine.
Pada siklus Rankine ideal. Ke 4 alat dianggap bekerja pada kondisi Steady flow. Sehingga persamaan energi untuk kondisi steady flow dapat ditulis :

Beberapa proses yang berlangsung pada masing-masing alat adalah :

Kerja pompa :

Dimana ν adalah volume spesifik yang besarnya
Kalor masuk ke boiler :

Kerja yang dihasilkan turbin uap :

Kalor yang dibuang oleh kondensor :

Efisiensi thermal siklus Rankine ideal sederhana dapat dihitung :
Dimana  : Untuk menghitung kinerja siklus Rankine, diperlukan tabel sifat-sifat air dan uap air. Berikut ini tabel sifat-sifat air dan uap air.
Untuk uap jenuh variabel tetap temperatur air :

Untuk uap jenuh dengan variabel tetap tekanan

Untuk uap panas lanjut

data lengkap tentang sifat-sifat termodinamika untuk beberapa fluida dapat didownload pada link berikut ini : http://www.4shared.com/web/preview/doc/FKLvf9Fqba. atau http://www.2shared.com/document/oNTrxxp1/appdxs1_2.html

Contoh soal

Sebuah siklus Rankine sederhana ideal bekerja pada temperatur 400 ^oC dan tekanan 80 bar. Tekanan kondensor 0,1 bar. Aliran massa uap yang masuk ke turbin 100 kg/s. Hitunglah kerja turbin, kerja pompa, kalor masuk, kalor keluar dan efisiensi siklus. daya yang dihasilkan turbin dan daya netto siklus.

Jawab

Pertama-tama gambarkan skema siklus Rankine sederhana dan lengkapi dengan data-data yang ada di dalam soal

Gambar  7 data dari soal

Ditanya : kerja turbin (W_t); Kerja pompa (W_p), kalor masuk (Q_in­), kalor keluar (Q_out), efisiensi termodinamika (η_th), daya turbin (P_t) dan daya netto siklus (P_nett).

Dari tabel sifat-sifat uap panas lanjut  di dapat :

Entalpi uap masuk ke turbin : h₁ = 3139,4 kJ/kg

Entropi uap masuk ke turbin : s₁ = 6,3658 kJ/kg.K

Entropi uap keluar turbin sama dengan entropi uap masul turbin (proses ideal atau isentropis) sehingga s₁  = s₂  = 6,3658 kJ/kg.K

Dari tabel uap jenuh, pada tekanan 0,1 bar (10 kPa) didapat :

Entalpi fase uap (h_g2) = 2583,9 kJ/kg

Entalpi fase cair (h_f2) = 191,81 kJ/kg

Entalpi perubahan fase (h_fg2) = 2392,1 kj/kg

Entropi fase uap (s_g1) = 8,1488 kJ/kg.K

Entropi fase cair (s_f2) = 0,6492 kJ/kg.K

Entropi perubahan fase (s_fg2) = 7,4996 kJ/kg.K

Fraksi (kadar) uap (X) dapat dihitung :

Artinya kadar uap yang keluar dari turbin menuju kondensor adalah 76,22 % atau fluida yang keluar dari turbin 76,22 % uap dan 23.78 % cair. Bagian yang cair ini tidak perlu lagi diembunkan, tetapi 76,22 % uap ini yang harus dibuang kalornya supaya fasenya berubah menjadi cair. Maka energi total yang terkandung di dalam 76,22% uap dapat dihitung :

Maka kerja turbin dapat dihitung yaitu :

Daya turbin adalah :

Kalor yang dibuang oleh kondensor :

Siklus Rankine

Siklus Rankine adalah siklus daya uap yang digunakan untuk menghitung atau memodelkan proses kerja mesin uap / turbin uap. Siklus ini bekerja dengan fluida kerja air. Semua PLTU (pembangkit listrik tenaga uap) bekerja berdasarkan prinsip kerja siklus Rankine. Siklus Rankine pertama kali dimodelkan oleh: William John Macquorn Rankine, seorang ilmuan Scotlandia dari Universitas Glasglow. Untuk mempelajari siklus Rankine, terlebih dahulu kita harus memahami tentang T-s diagram untuk air. Berikut ini adalah T-s diagram untuk air.

Gambar 1 diagram T-s untuk air

(sumber : NBS/NRC Steam Tables/1 by Lester Haar, John S. Gallagher, and George S. Kell )

T-s diagram adalah diagram yang menggambarkan hubungan antara temperatur (T) dengan entropi (s) fluida pada kondisi tekanan, entalpi, fase dan massa jenis tertentu. Jadi pada diagram T-s terdapat besaran-besaran tekanan, massa jenis, temperatur, entropi, entalpi dan fase fluida.
Sumbu vertikal T-s diagram menyatakan skala temperatur dan sumbu horizontal menyatakan entropi. Terdapat 2 sistem satuan untuk T-s diagram yaitu sistem satuan internasional seperti pada gambar 1 dan sistem satuan Inggris. Menggunakan diagram ini perlu diperhatikan sistem satuan yang digunakan. Selain itu masing-masing jenis fluida mempunyai diagram T-s nya sendiri-sendiri dan berbeda satu dengan lainnya. Misalnya T-s diagram untuk air tidak akan sama dengan T-s diagram untuk freon R12 dan tidak akan sama dengan T-s diagram untuk amoniak.

Selain diagram T-s juga dikenal Mollier diagram atau h-s diagram. Berikut ini adalah h-s diagram untuk air.

Gambar 2 h-s diagram untuk air

(sumber : NBS/NRC Steam Tables/1 by Lester Haar, John S. Gallagher, and George S. Kell )

Diagram h-s menggambarkan hubungan antara energi total (entalpi (h)) dengan entropi (s). Sama seperti diagram T-s, untuk setiap fluida memiliki diagram h-s nya sendiri-sendiri. Kedua diagram ini dapat digunakan untuk menghitung kinerja pembangkit listrik tenaga uap dengan menggunakan siklus Rankine.
Bagian-bagian T-s diagram dapat dilihat pada gambar 3 berikut ini.

Gambar 3 bagian-bagian T-s diargam

Pada T-s diagram terdapat garis lengkung berbentuk kubah yang disebut kubah uap. Puncak kubah uap ini terdapat sebuah titik yang disebut titik kritis. Bila fluida dipanaskan pada tekanan kritis yaitu tekanan pada titik kritis ini, maka pada saat temperatur fluida mencapai temperatur kritisnya, semua molekul fluida akan berubah secara cepat dari fase cair menjadi fase gas (uap) tanpa ada proses penyerapan panas laten (panas penguapan) oleh sebab itu titik ini disebut titik kristis fluida. Untuk air, titik kritis berapa pada tekanan 218 atm (22,064 MPa) dan temperatur 374 ^oC. Jadi bila air dipanaskan pada tekanan 22,064 Mpa atau 218 atm, maka ketika temperatur air mencapai 374 ^oC, secara cepat air akan berubah langsung dari fase cair menjadi fase gas tanpa melalui proses penyerapan energi untuk proses penguapan.
Dari titik kristis ke arah kanan mengikuti garis kubah uap disebut garis uap jenuh. Bila fluida berada pada kondisi tekanan dan temperatur yang sesuai dengan garis ini, maka fluida tersebut berada pada kondisi 100% uap jenuh. Dari titik kristis ke arah kiri mengikuti garis kubah uap, disebut garis cair jenuh. Pada garis ini fluida memiliki fase cair 100%.
Di dalam kubah uap adalah daerah panas laten yaitu panas penguapan atau panas pengembunan. Pada daerah ini fluida berada dalam kondisi 2 fase yaitu fase cair dan fase gas bercampur menjadi satu. Kadar uap dapat ditentukan dari garis kadar uap.
Daerah di atas kubah uap di sebelah kanan adalah daerah uap panas lanjut ( superheated steam ). Sedangkan daerah di sebelah kiri di luar kubah uap disebut daerah dingin lanjut. Untuk uap jenuh, sifat-sifat termodinamika uap dapat ditentukan hanya dengan mengunakan temperatur atau tekanannya saja, tetapi untuk menentukan sifat-sifat termodinamika uap pada kondisi panas lanjut dan dingin lanjut harus diketahui tekanan dan temperatur uap.
Bila kita memanaskan air dari kondisi cair misalnya pada tekanan konstan 1 atm dan  mulai dari temperatur 18 ^oC hingga temperatur 230 ^oC, maka pada diagram T-s dapat digambar sebagai berikut.

Gambar 4 proses pemanasan air dari 18 ^oC hingga 230 ^oC pada tekanan 1 atm (101,325 kPa)

Proses pemanasan air dapat digambarkan pada diagram T-s seperti pada gambar 4 di atas. Pada tekanan 1 atm , air dengan temperatur awal 18 ^oC memiliki entropi 0,28 kJ/kg.K, bila dipanaskan maka temperatur air akan naik mengikuti garis tekanan konstan hingga mencapai titik temperatur didih yaitu untuk tekanan 1 atm titik didih air adalah 99,98 ^oC. atau entropi air bertambah dari 0,28 kJ/kg.K menjadi 1,3 kJ/kg.K. Entalpi air bertambah dari 82 kJ/kg menjadi 418 kJ/kg. ini adalah energi total (entalpi) yang dibutuhkan untuk memanaskan air dari kondisi cair pada temperatur 18^oC menjadi air siap mendidih (berubah fase) pada temperatur 99,98 ^oC. Pada diagram T-s proses mengikuti garis A-B.
Bila panas terus diberikan, temperatur air tidak akan naik tetapi terjadi perubahan fase air dari fase cair menjadi fase gas. Perubahan fase ini mengikuti garis B-C. Pada proses ini terjadi penyerapan kalor (energi) yang digunakan untuk mengubah fase zat, pada kondisi temperatur konstan. Energi yang diserap ini tidak dapat di ukur dengan mengunakan termometer karena temperatur fluida tidak berubah. Oleh sebab itu, proses ini disebut proses penyerapan panas laten (non sensibel heat). Pada proses ini entropi air bertambah dari 1,3 kJ/kg.K menjadi 7,6 kJ/kg.K. Proses terus berlanjut hingga titik C yaitu titik yang tepat berada pada garis uap jenuh. Pada titik C semua molekul air telah berubah menjadi fase gas. Antara titik B dan titik C adalah kondisi 2 fase yaitu  campuran gas dan cair. Kadar uap dalam campuran ini disebut faktor kebasahan atau sering disingkat dengan huruf X. besar faktor kebasahan dapat dihitung dengan mengunakan rumus :

Keterangan :
X : faktor kebasahan (%) menyatakan persentase uap
h_g(t) : entalpi uap pada temperatur fluida tertentu (kJ/kg)
h_f : entalpi cair (kJ/kg)
h_fg : entalpi perubahan dari cair ke gas (kJ/kg)
s_g(t) : entropi uap pada temperatur fluida tertentu (kJ/kg.K)
s_f : entropi cair (kJ/kg.K)
s_fg : entropi perubahan dari cair ke gas (kJ/kg.K)
misalkan pada proses pemanasan air di atas, kita hendak mengetahui berapa kadar uap pada saat entropi air = 4 kJ/kg.K, maka kadar uap dapat dihitung :

Artinya pada saat entropi fluida mencapai 4 kJ/kg.K kadar uap dalam campuran adalah 44,6 %.
Angka ini dapat dengan mudah ditentukan melalui T-s diagram.
Pada titik C air berada dalam kondisi uap jenuh atau 100 % uap. Bila energi (panas) terus diberikan maka uap jenuh akan berubah menjadi uap panas lanjut. Pada proses pemanasan uap panas lanjut, tekanan dan temperatur fluida akan naik. Tetapi bila proses pemanasan ini dilakukan pada tekanan konstan maka akan mengikuti garis C-D.
Proses yang telah kita bahas ini adalah proses sederhana yang berlangsung pada saat kita memanaskan air. Proses ini hampir sama dengan proses yang terjadi di dalam boiler pada unit pembangkit uap di PLTU.
Siklus Rankine Ideal Sederhana
Siklus Rankine ideal sederhana terdiri dari :

1. Boiler sebagai alat pembangkit uap
2. Turbin uap sebagai alat mengubah uap menjadi kerja
3. Kondensor sebagai alat pengembun uap
4. Pompa boiler sebagai alat memompa air ke boiler

Skema siklus Rankine ideal sederhana dapat dilihat pada gambar 5 berikut ini.

Gambar 5 skema siklus Rankine ideal sederhana

siklus pompa panas

siklus pompa panas

siklus pompa panas

Siklus panas Termodinamika pompa adalah  untuk  dan  . Perbedaan antara keduanya adalah bahwa pompa panas dimaksudkan untuk menjaga tempat yang hangat saat lemari es dirancang untuk mendinginkannya. Siklus refrigerasi yang paling umum adalah  , yang model sistem yang menggunakan  yang fase perubahan. The  merupakan alternatif yang menyerap refrigeran dalam larutan cair daripada menguap itu. Gas siklus refrigerasi termasuk siklus Brayton terbalik . Regenerasi dalam pendingin gas memungkinkan untuk  .

Pemodelan sistem nyata

Siklus termodinamika dapat digunakan untuk model perangkat nyata dan sistem, biasanya dengan membuat serangkaian asumsi. asumsi penyederhanaan sering diperlukan untuk mengurangi masalah ke bentuk yang lebih mudah dikelola. Sebagai contoh, seperti yang ditunjukkan pada gambar, perangkat seperti  atau  dapat dimodelkan sebagai  . Perangkat yang sebenarnya terdiri dari serangkaian tahap, masing-masing itu sendiri dimodelkan sebagai proses termodinamika ideal. Meskipun setiap tahap yang bekerja pada fluida kerja adalah perangkat nyata yang kompleks, mereka dapat dimodelkan sebagai proses ideal yang mendekati perilaku nyata mereka. Asumsi selanjutnya adalah bahwa gas buang akan diteruskan kembali melalui inlet dengan kerugian yang sesuai panas, sehingga menyelesaikan siklus ideal.

Perbedaan antara siklus ideal dan performa sebenarnya dapat menjadi signifikan Ideal Stirling siklus

Realisasi kinerja

Aktual dan ideal dilapis, menunjukkan perbedaan dalam output kerja

Sebagai hasil kerja diwakili oleh interior siklus, ada perbedaan yang signifikan antara output kerja prediksi siklus ideal dan output kerja yang sebenarnya ditunjukkan oleh mesin nyata. Hal ini juga dapat diamati bahwa proses individu nyata menyimpang dari rekan-rekan ideal mereka, misalnya, ekspansi isochoric (proses 1-2) terjadi dengan beberapa perubahan volume aktual.

siklus termodinamika terkenal

Dalam prakteknya, sederhana siklus termodinamika ideal biasanya terbuat dari empat  . Setiap proses termodinamika dapat digunakan. Namun, ketika siklus ideal dimodelkan, seringkali proses di mana satu variabel negara dipertahankan konstan digunakan, seperti  (suhu konstan), (tekanan konstan), (volume konstan), (entropi konstan) , atau  (entalpi konstan). Seringkali  juga digunakan, di mana tidak ada panas yang dipertukarkan.

Beberapa siklus termodinamika contoh dan proses konstituen mereka adalah sebagai berikut:

Sepeda	Proses 1-2 (Compression)	Proses 2-3 (Penambahan Panas)	Proses 3-4 (Ekspansi)	Proses 4-1 (Penolakan Panas)	Catatan
Daya siklus normal dengan  - atau siklus pompa panas:
	adiabatik	isobarik	adiabatik	isobarik	Sebuah Brayton siklus terbalik
	isentropik	isotermal	isentropik	isotermal
	isotermal	isobarik	isotermal	isobarik	kedua  dari 1853
	adiabatik	isobarik	adiabatik	isobarik
	adiabatik	variabel tekanan dan volume	adiabatik	isochoric
	isotermal	isochoric	isotermal	isochoric
	adiabatik	isobarik	adiabatik	isobarik
Daya siklus normal dengan  : adiabatik isobarik adiabatik isobarik versi pembakaran eksternal siklus ini dikenal sebagai pertama  dari 1.833 adiabatik isobarik adiabatik isochoric isobarik isochoric adiabatik (Catatan: Proses 1-2 menyelesaikan keduanya penolakan panas dan kompresi) adiabatik isochoric adiabatik isochoric

Efisiensi

Efisiensi

Efisiensi

Efisiensi mesin panas berhubungan berapa banyak pekerjaan yang berguna adalah output untuk jumlah tertentu masukan energi panas.

Pada operasinya, fluida kerja dari mesin kalor menyerap panas (QH) dari reservoar panas,

kemudian menghasilkan sejumlah kerja bersih (W), melepaskan panas (QC) dari reservoar dingin dan akhirnya kembali pada kondisi awalnya.

Untuk mendapatkan efisiensi thermal 100%, QC haruslah nol. Sayangnya tidak ada satupun mesin yang mampu mencapai kondisi ini, pasti akan selalu ada panas yang dibuang ke reservoar dingin. Hal yang menentukan limit atas efisiensi adalah derajat reversibilitas dari operasinya. Oleh karena itu lah, mesin kalor yang beroperasi secara benar-benar reversibel adalah mesin yang ideal dan disebut dengan mesin Carnot.

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  , meskipun mesin lain yang menggunakan siklus yang berbeda juga dapat mencapai efisiensi maksimum. Secara matematis, hal ini karena di  proses, perubahan  dari reservoir dingin adalah negatif itu dari reservoir panas (yaitu, ), Menjaga perubahan keseluruhan entropi nol.

Dengan demikian: dimana adalah  dari sumber panas dan bahwa dari wastafel dingin, biasanya diukur dalam  . 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  . Karena, dengan  , 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.

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.

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  , di mana siklus identik dengan siklus Carnot kecuali dalam bahwa dua proses perpindahan panas yang tidak reversibel (Callen 1985):

(Catatan: Unit  atau  )

Model ini melakukan pekerjaan yang lebih baik memprediksi seberapa baik dunia nyata mesin panas dapat lakukan (Callen 1985, lihat juga  ):

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  perbedaan dalam mesin panas. Cara termudah untuk melakukan ini adalah untuk meningkatkan temperatur sisi panas, yang merupakan pendekatan yang digunakan dalam modern gabungan-siklus  . Sayangnya, batas-batas fisik (seperti titik leleh bahan dari mana mesin dibangun) dan keprihatinan lingkungan mengenai  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 ^. 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  , yang menggunakan campuran 70/30 dari  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  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  . dan  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  (NO _2), komponen beracun dari  , yang memiliki alam  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  , yang menyebabkan untuk bergabung kembali ke N ₂ O _4. Hal ini kemudian makan kembali oleh kompresor untuk siklus lain. Spesies seperti  (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.

Syarat – Syarat Termometri

Syarat – Syarat Termometri

Syarat – Syarat Termometri

Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu (temperatur), ataupun perubahan suhu. Istilah termometer berasal dari bahasa Latin thermo yang berarti panas dan meter yang berarti untuk mengukur. Prinsip kerja termometer ada bermacam-macam, yang paling umum digunakan adalah termometer air raksa.

Untuk mengukur temperatur suatu benda dapat digunakan zat yang sifat fisisnya (thermometric property-nya) dapat berubah karena perubahan temperatur. Diharapkan perubahan sifat fisis ini semaksimal mungkin dapat menunjukkan perubahan-perubahan temperatur yang sekecil mungkin. Oleh sebab itu, dalam pengukuran temperatur (termometri) dengan menggunakan perubahan sifat fisis suatu zat diperlukan syarat-syarat termometri sebagai berikut.

1.   Zat yang digunakan,

2.   Sifat fisis zat (thermometric property), dan

3.   Tingkatan kuantitatif yang menyatakan besar kecilnya temperatur.

Ketiga syarat termometri ini saling kait mengait sulit untuk dipisahkan. Sifat fisis tergantung pada zat yang digunakan, sedangkan batas-batas ukuran kuantitatif yang dapat dicapai termometer bergantung kepada zat dan sifat fisis zat yang digunakan. Oleh sebab itu, dalam pembuatan termometer harus diperhatikan ketiga syarat termometri tersebut. Adapun zat yang sering digunakan dalam pengukuran temperatur (termometri) antara lain:

1.   zat padat, misalnya: platina dan alumel.

2.   zat cair, misalnya: airraksa (raksa) dan alkohol.

3.   zat gas, misalnya: udara, zat air, dan zat lemas.

Sifat-sifat fisis zat yang sering digunakan dalam pengukuran temperatur (termometri) antara lain:

1.   perubahan volume gas.

2.   perubahan tekanan gas.

3.   perubahan panjang kolom cairan.

4.   perubahan harga hambatan listrik atau hambatan jenis.

5.   perubahan gaya gerak listrik.

6.   perubahan harga kuat arus listrik.

7.   perubahan intensitas cahaya karena perubahan temperatur.

8.   perubahan warna zat.

9.   perubahan panjang dua logam yang berlainan jenisnya.

Persamaan keadaan Van der Waals

Persamaan keadaan Van der Waals

Ø Persamaan keadaan Van der Waals

Untuk memperbaiki keadaan gas ideal pada suhu dan tekanan tertentu, maka pada tahun 1873, fisiskawan belanda, Johanes diderik Van der Waals mengusulkan persamaan keadaan gas yang dikenal dengan persamaan Van der Waals. Ia memodifikasi persamaan gas ideal dengan cara menambahkan faktor koreksi pada volume dan tekanan.

Volume memerlukan faktor koreksi karena partikel-partikel gas nyata mempunyai volume yang tidak dapat diabaikan, sehuingga Van der Waals mengurangi volume gas terukur dengan volume efektif total molekul-molekul gas sebesar nb dengan tujuan untuk memperhitungkan ukuran partikel-partikel gas.

V_ideal = V_eks – nb

V_ideal = volume gas`ideal

V_eks =volume yang terukur pada waktu percobaan

n= jumlah mol gas

b= konstanta Van der Waals

• Faktor koreksi yang kedua yaitu pada tekanan

Gambar 3.

Pada gambar tersebut terlihat perbedaan sifat antara sebuah molekul gas yang terdapat di dalam gas (A) dengan sebuah molekul lain yang hampir bertumbukan dengan dinding wadah. Gaya tarik menarik molekul A samna untuk ke segala arah sehuingga akan saling menghilangkan. Sedangkan molekul B hampir bertubukkan dengan dinding sehingga gaya tarik menarik antar molekul gas tersebut dengan molekul lain cenderung dapat menurunkan momentum molekul gas tersebut ketika bertumbukkan dengan dinding dan akibatnya akan mengurangi tekanan gas tersebut. Oleh karena itu, tekanan gas tersebut akan lebih kecil daripada tekanan gas ideal karena pada gas ideal dianggap tidak terjadi gaya tarik menarik antar molekul.

Makin besar jumlah molekul persatuan volume, makin besar jumlah tumbukan yang dialami oleh dinding wadah serta makin besar pula gaya tarik menarik yang dialami oleh molekul-molekul gas yang hampir menumbuk dinding wadah. Karena itu, faktor koreksi untuk tekanan adalah a(n₂/V₂) dimana a=konstanta dan n=jumlah mol gas.

Dengan memasukkan kedua faktor koreksi tersebut ke dalam persamaan gas ideal, maka diperoleh persamaan Van der Waals :

[P + (n²a/V²)] (V – nb) = nRT

P  = tekanan absolut gas (atm)

V  =volume spesifik gas (liter)

R  = konstanta gas (0,082 L.atm/mol atau 8,314J/Kmol)

T  =suhu /temperatur absolut gas (K)

n  =jumlah mol gas

a,b =konstanta Van der Waals

tabel beberapa nilai konstanta Van der Waals a dan b:

gas	a (atm dm6 mol-2)	b (atm dm6 mol-2)
He	0,0341	0,0237
Ne	0,2107	0,0171
H2	0,244	0,0266
NH3	4,17	0,0371
N2	1,39	0,0391
C2H	4,47	0,0571
CO2	3,59	0,0427
H2O	5,46	0,0305
CO	1,49	0,0399
Hg	8,09	0,0170
O2	1,36	0,0318

Bila dibandingkan dengan persamaan gas ideal, persamaan Van der Waals ini dapat digunakan pada gas nyata denga besaran suhu dan tekanan yang lebih besar. Disamping itu juga persamaan Van der Waals juga dapat menjelaskan penyimpangan gas nyata dari gas ideal. Namun walaupun demikian, persamaan Van der Waals ini belum dapat secara sempurna menggambarkan sifat0sifat gas sehingga digunakan persamaan lain yang dikenal persamaan Virial.