PLTU Batubara

 

Seperti kita ketahui bahwa PLTU batu bara merupakan jenis pembangkit terbesar yang dikembangkan oleh pemerintah Indonesia (PLN) untuk mengatasi kekurangan pasokan listrik dan untuk mengurangi ketergantungan BBM pada PLTD (Diesel). Ini tercermin pada program percepatan listrik nasional tahap pertama dan kedua, walaupun porsinya dikurangi di tahap kedua.

Untuk itu, saya ingin menulis secara singkat sistem kerja PLTU batubara yang saya ketahui dan berdasar pada referensi. Prinsip kerja PLTU batubara secara umum dapat dilihat pada gambar diatas, silahkan klik gambar untuk memperjelas atau memperbesarnya.

Keterangan gambar:
1. Cooling tower
2. Cooling water pump

3. Transimission line 3 phase
4. Transformer 3-phase

5. Generator Listrik 3-phase
6. Low pressure turbine
7. Boiler feed pump
8. Condenser
9. Intermediate pressure turbine
10. Steam governor valve
11. High pressure turbine
12. Deaerator
13. Feed heater
14. Conveyor batubara
15. Penampung batubara
16. Pemecah batubara
17. Tabung Boiler

18. Penampung abu batubara
19. Pemanas
20. Forced draught fan
21. Preheater
22. combustion air intake
23. Economizer
24. Air preheater
25. Precipitator
26. Induced air fan
27. Cerobong

Prinsip kerja PLTU batubara secara singkat adalah sebagai berikut:

1. Batubara dari luar dialirkan ke penampung batubara dengan conveyor (14) kemudian dihancurkan dengan the pulverized fuel mill (16) sehingga menjadi tepung batubara.

2. Kemudian batubara halus tersebut dicampur dengan udara panas (24) oleh forced draught fan (20) sehingga menjadi campuran udara panas dan bahan bakar (batu bara).

3. Dengan tekanan yang tinggi, campuran udara panas dan batu bara disemprotkan kedalam Boiler sehingga akan terbakar dengan cepat seperti semburan api.

4. Kemudian air dialirkan keatas melalui pipa yang ada dinding Boiler, air tersebut akan dimasak dan menjadi uap, dan uap tersebut dialirkan ke tabung boiler (17) untuk memisahkan uap dari air yang terbawa.

5. Selanjutnya uap dialirkan ke superheater(19) untuk melipatgandakan suhu dan tekanan uap hingga mencapai suhu 570°C dan tekanan sekitar 200 bar yang meyebabkan pipa ikut berpijar merah.

6. Uap dengan tekanan dan suhu yang tinggi inilah yang menjadi sumber tenaga turbin tekanan tinggi (11) yang merupakan turbin tingkat pertama dari 3 tingkatan.

7. Untuk mengatur turbin agar mencapai set point, kita dapat menyeting steam governor valve (10) secara manual maupun otomatis.

8. Suhu dan tekanan uap yang keluar dari Turbin tekanan tinggi (11) akan sangat berkurang drastis, untuk itu uap ini dialirkan kembali ke boiler re-heater (21) untuk meningkatkan suhu dan tekanannya kembali.

9. Uap yang sudah dipanaskan kembali tersebut digunakan sebagai penggerak turbin tingkat kedua atau disebut turbin tekanan sedang (9), dan keluarannya langsung digunakan untuk menggerakkan turbin tingkat 3 atau turbin tekanan rendah (6).

10. Uap keluaran dari turbin tingkat 3 mempunyai suhu sedikit diatas titik didih, sehingga perlu di alirkan ke condensor (8) agar menjadi air untuk dimasak ulang.

11. Air tersebut kemudian dialirkan melalui deaerator (12) oleh feed pump (7) untuk dimasak ulang. awalnya dipanaskan di feed heater (13) yang panasnya bersumber dari high pressure set, kemudian ke economiser (23) sebelum di kembalikan ke tabung boiler(17).

12. Sedangkan Air pendingin dari condensor akan di semprotkan kedalam cooling tower (1) , dan inilah yang meyebabkan timbulnya asap air pada cooling tower. kemudian air yang sudah agak dingin dipompa balik ke condensor sebagai air pendingin ulang.

13. Ketiga turbin di gabung dengan shaft yang sama dengan generator 3 phase (5), Generator ini kemudian membangkitkan listrik tegangan menengah ( 20-25 kV).

14. Dengan menggunakan transformer 3 phase (4) , tegangan dinaikkan menjadi tegangan tinggi berkisar 250-500 kV yang kemudian dialirkan ke sistem transmisi 3 phase.

15. Sedangkan gas buang dari boiler di isap oleh kipas pengisap(26) agar melewati electrostatic precipitator (25) untuk mengurangi polusi dan kemudian gas yg sudah disaring akan dibuang melalui cerobong (27)

Balon Udara

Pernahkah kamu berpikir bagaimana balon udara yang tidak memiliki sayap bisa terbang tinggi ke angkasa? Bagaimana balon udara dikendalikan dan peralatan apa saja yang membuat balon udara bekerja?
Yuk, kita cari tahu bersama-sama.

Sebelum kita mengetahui bagaimana cara kerja balon udara, ada baiknya kita ketahui terlebih dahulu bagian-bagian dari balon udara. Balon udara secara garis besarnya mempunyai tiga bagian utama yaitu envelope, burner, dan basket.

Envelope merupakan kantong yang terbuat dari bahan nilon berbentuk balon tempat udara dipanaskan. Karena nilon ini tidak tahan api, maka bagian bawah envelope dilapisi dengan bahan anti api (skirt). Envelope ini berisi udara/gas ringan (seperti gas hidrogen) yang berfungsi mengangkat balon udara dari landasannya.

Burner merupakan alat yang berfungsi untuk memanaskan udara di dalam envelope. Burner di letakan di atas kepala penumpang dekat ke mulut envelope. Burner ini mengatur tekanan dalam kantung udara agar balon dapat terbang dengan ketinggian yang diharapkan.

Basket atau keranjang merupakan tempat penumpang mengendalikan balon udara atau penumpang yang menikmati penerbangan balon udara. Basket dibuat dari bahan yang ringan dan lentur dan terletak di bawah kantung udara.

Cara kerja balon udara sangat sederhana yaitu dengan cara memanaskan udara di dalam balon agar lebih panas dari udara di luarnya sehingga balon udara mengembang dan dapat naik (terbang). Udara yang lebih panas akan lebih ringan karena masa per unit volumenya lebih sedikit.

Untuk dapat terbang, udara di dalam envelope dipanaskan menggunakan burner dengan temperatur sekitar 100 derajat Celcius. Udara panas ini akan terperangkap di dalam envelope sehingga balon udara pun akan mengembang dan bergerak naik di dorong oleh udara yang bertekanan lebih kuat. Jika ingin mendarat, udara didinginkan dengan cara mengecilkan burner. Udara yang mulai mendingin di dalam envelope membuat balon bergerak turun.

Bagaimana caranya balon udara berpindah dari satu lokasi ke lokasi lain? Jawabanya adalah dengan cara memanfaatkan hembusan angin untuk bergerak secara horizontal. Arah tiupan angin berbeda pada setiap ketinggian tertentu. Perbedaan arah tiupan angin inilah yang dimanfaatkan oleh pengemudi balon udara untuk mengendalikan balon udara dari satu lokasi ke lokasi yang diinginkan.

Balon udara mempunyai dua tipe yaitu:

1. Balon udara yang diisi dengan udara panas, yaitu balon udara yang mempunyai pembakar yang berfungsi untuk memanaskan udara dalam balon sehingga udara dalam balon menjadi lebih ringan dari udara luar sekitarnya.
2. Balon udara yang diisi dengan gas yang memang ringan, yaitu balon udara yang diisi gas yang ringan seperti contohnya gas hydrogen. Namun kelemahan gas hidrogen ini adalah mudah terbakar. Jika ingin aman bisa menggunakan gas helium, namun sangat mahal.

Aplikasi Termodinamika Pada Peristiwa Alam

Mengapa Terjadi Angin Turun yang Kering ???

Proses terjadinya angin turun yang kering dapat dijelaskan sebagai berikut. Udara hangat di atas permukaan laut yang banyak mengandung uap air bergerak menuju ke atas pegunungan menelusuri lereng kiri. Seperti telah dijelaskan, udara yang bergerak naik mengalami pemuaian adiabatik sehingga suhunya turun. Untuk udara yang uap airnya belum mengembun, setiap kenaikan 100 m suhunya turun kira-kira 1 °C. Untuk udara yang telah mengembun, setiap kenaikan 100 m uhu turun kira-kira 0,5°C. Dalam perjalanan udara menelusuri lereng kiri, banyak kandungan uap air yang hilang karena pendinginan udara oleh proses pemuaian adiabatik. Ini menyebabkan turunnya hujan atau salju di lereng kiri. Dengan demikian, udara yang mencapai puncak pegunungan adalah udara kering.Selanjutnya, udara kering ini bergerak menuruni lereng kanan. Seperti telah dijelaskan bahwa dalam perjalanan turun ini udara kering mengalami pemampatan adiabatik sehingga suhunya naik. Karena udaranya kering, maka setiap turun 100 m suhu naik 1°C. Sebagai hasilnya, udara kering yang bergerak turun menelusuri lereng kanan akan bertambah panas. Angin inilah yang dinamakan angin turun yang kering. Jadi, angin turun yang kering adalah angin yang bertiup dari puncak pegunungan menelusuri lereng menuju lembah pegunungan. Angin ini kering dan bertambah panas. Angin yang tergolong angin ini adalah angin Bahorok, Kumbang, Gending, Brubu, dan Wambrau di negara kita, Fohn di Alpina Barat, Chinook di lereng timur pegunungan Rocky, dan Sirocco di pantai barat Italia.

Gambar :  Sebuah kepala guntur adalah hasil dari pendinginan adiabatik yang cepat dari sejumlah udara basah yang naik. Guntur mendapatkan energi dari pengembunan uap air.

PEMBANGKIT LISTRIK OTEC

Suatu pembangkit listrik tanpa polusi yang saat ini dalam penelitian dan pengembangan adalah OTEC, singkatan untuk Ocean Energy Conversion (Konversi Energi Panas Lautan). Energi OTEC didasari pada perbedaan suhu air laut permukaan dengan suhu air pada kedalaman 1 km. Lebih spesifik, pembangkit listrik OTEC adalah sebuah mesin kalor yang bekerja pada perbedaan antara suhu air permukaan dengan suhu air kedalaman yang bisa mencapai 20 derajat celcius. Potensi energi panas laut yang besar terdapat di daerah khatulistiwa. Hal ini karena sepanjang tahun di khatulistiwa suhu permukaan laut berkisar antara 25 derajat celcius hingga 30 derajat celcius, sedangkan suhu dibawah laut hanya 5 derajat celcius - 7 derajat celcius.
Karena perbedaan suhu yang kecil (berkisar 20 derajat celcius), maka efisiensi mesin kecil. Dengan demikian, kendala pada penerapan teknologi konversi energi panas laut adalah pada efisiensi pemompaan yang masih rendah, sehingga diperlukan pengembangan teknologi pompa dan mengatasi korosi pada pipa dengan teknologi material.
Cara kerja OTEC serupa dengan pembangkit listrik uap konvensional. Air laut hangat dimasukkan ke dalam sebuah ruang vakum sebagian (ingat bahwa titik didih air bergantung pada tekanannya, dan pada tekanan rendah, titik didih air adalah rendah). Uap air yang memuai digunakan untuk memutar turbin. Uap sisa yang tak terpakai dimampatkan dalam kondensor oleh air laut dingin yang dipompa dari kedalaman sekitar 1 km. Alternatif untuk meningkatkan aspek ekonomis OTEC adalah menggunakan sistem siklus tertutup, yaitu Hybrid  OTC System. Dalam sistem ini suatu fluida kerja amonia diuapkan dan dimampatkan melalui pertukaran panas dengan air laut hangat dan dingin. Ini memberikan suatu beda tekanan lebih besar pada turbin.

Efisiensi mesin yang rendah menyebabkan perlunya memompa jumlah air laut yang banyak untuk disirkulasi. Tetapi pemompaan volum air laut yang besar menguntungkan dari aspek lingkungan. Air dalam yang dingin jenuh dengan nitrogen dan bahan makanan. Ketika air dalam ini disirkulasi ke permukaan, maka air yang kaya bahan makanan ini terpaparkan ke sinar matahari. Ini akan menghasilkan ledakan pertumbuhan fitoplankton (rantai makanan paling bawah), yang dapat dimiripkan ketika pupuk ditambahkan pada tanah persawahan. Jadi, pembangunan pembangkit listrik OTEC selain menghasilkan energi listrik bebas polusi, juga akan meningkatkan bahan pangan bagi rantai makanan di lautan.
Potensi panas laut di Indonesia yang berkisar 2,5 X 10²³ joule dapat menghasilkan daya listrik sekitar 240 000 MW. Daerah di Indonesia yang dapat dikembangkan menjadi sumber OTEC adalah berjarak 50 km dari pantai dengan luas 1000 km pangkat persegi, terutama di kawasan timur Indonesia, seperti laut Banda. Di situ kedalaman lautnya lebih dari 500 m dan tergolong tenang. Adapun pengembangan teknologi pembangkit listrik OTEC di Indonesia baru mencapai percontohan yang kapasitasnya 100 kW.
Pembangkit listrik OTEC dengan menggunakan fluid a kerja Freon telah dikembangkan di Jepang di kepulauan Naura dan Amerika Serikat di pantai Kona kepulauan Hawaii. Pembangkit listrik OTEC tidak memerlukan bahan bakar lain, sehingga di masa depan mungkin saja OTEC akan banyak dibangun dan siapa tahu Anda terlibat dalam proyek pembangun OTEC di Indonesia.

Gambar :  Pusat pembangkit mini-OTEC yang dilukiskan disini adalah suatu mesin kalor yang bekerja pada perbedaan subu antara air permukaan laut bersuhu hangat dan air dalam bersuhu dingin.

Gambar :  Diagram Kerja Sebuah Sistem Hybrid OTEC.

Energi Laut atau Samudra (Ocean Energy)

Energi Kelautan atau Samudra

Energi laut/samudra adalah energi yang dapat dihasilkan dari konversi gaya mekanik, gaya potensial serta perbedaan temperature air laut menjadi energi listrik Energi samudra murni, dapat digolongkan menjadi empat jenis yaitu energi gelombang (wave power), energi pasang surut (tidal power), energi arus laut (current power), dan energi panas laut (ocean thermal energy conversion, OTEC).

1. Energi Gelombang

Energi gelombang adalah energi kinetik yang memanfaatkan beda tinggi gelombang laut, dan salah satu bentuk energi yang dapat dikonversikan menjadi energi listrik melalui parameter gelombangnya, yaitu tinggi gelombang, panjang gelombang, dan periode waktunya. Sampai saat ini ada lima teknologi energi gelombang yang telah diaplikasikan sebagai pembengkit listrik yaitu sistem Rakit Cockerell/Pelamis, Tabung Tegak Kayser, Pelampung Salter, dan Tabung Masuda .

Konversi gelombang laut dengan tinggi rata-rata 1 meter dan periode 9 detik mempunyai daya sebesar 4,3 kW per meter panjang gelombang. Sedangkan deretan gelombang dengan tinggi 2 meter dan 3 meter dapat membangkitkan daya sebesar 39 kW per meter panjang gelombang.

2. Energi Pasang Surut

Energi pasang surut adalah energi kinetik dari pemanfaatan beda ketinggian pasang permukaan laut antara saat pasang dan surut. prinsip kerja dari energi pasang surut ini sama dengan pembangkit listrik tenaga air (PLTA), seperti waduk Jatiluhur, Jawa Barat.

3. Energi Arus Laut

Cara kerja pembangkit listrik tenaga arus laut tidak berbeda jauh dengan pembangkit listrik tenaga angin yang memanfaatkan putaran kincir untuk menggerakkan generator sehingga menghasilkan listrik Kecepatan arus laut minimum yaitu kecepatan 2 m/detik, namun yang ideal adalah 2,5 m/det.

4. Energi Panas Laut (Ocean Thermal Energy Conversion / OTEC)

OTEC adalah pembangkit listrik dengan memanfaatkan perbedaan temperatur air laut di permukaan dan air laut dalam, dengan selisih temperatur minimal 20 C.

OTEC merupakan salah satu teknologi masa depan bagi bangsa Indonesia, karena selain menghasilkan listrik, system OTEC juga menghasil beberapa produk sampingan seperti, air tawar, lithium, pendingin ruangan (A/C), budidaya perikanan laut air dingin (lobster, salmon, abalone, dll), dan meningkatkan populasi ikan di sekitarnya. 

Gambar : Ilustrasi Pembangkit Listrik OTEC

Diagram modern

Dibawah ini adalah diagram mesin Carnot sebagaimana biasanya dimodelkan dalam pembahasan modern

Diagram mesin Carnot (modern) - kalor mengalir dari reservoir bersuhu tinggi T_Hmelalui "fluida kerja", menuju reservoir dingin T_C, 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 memancarkan kalor 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 Q_H disuplai oleh pendidih, di mana air didihkan pada sebuah tungku, Q_Cbiasanya 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".

Efisiensi Mesin Carnot

Menghitung Efisiensi Mesin Carnot  - Keadaan suatu sistem dalam termodinamika dapat berubah-ubah, berdasarkan percobaan besaran-besaran keadaan sistem tersebut. Namun, besaran-besaran keadaan tersebut hanya berarti jika sistem berada dalam keadaan setimbang. Misalnya, jika Anda mengamati suatu gas yang sedang memuai di dalam tabung, temperatur dan tekanan gas tersebut di setiap bagian tabung dapat berubah-ubah. Oleh karena itu, Anda tidak dapat menentukan suhu dan temperatur gas saat kedua besaran tersebut masih berubah. Agar dapat menentukan besaran-besaran keadaan gas, gas harus dalam keadaan reversibel. Apakah yang dimaksud dengan proses reversibel? Proses reversibel adalah suatu proses dalam sistem di mana sistem hampir selalu berada dalam keadaan setimbang.

Gambar 9.8 Perubahan keadaan gas dalam siklus reversibel.

Perhatikanlah Gambar 9.8. Dari grafik p–V tersebut, suatu gas mengalami perubahan keadaan dari A ke B. Diketahui bahwa pada keadaan A sistem memiliki tekanan p₁ dan volume V₁. Pada tekanan B, tekanan sistem berubah menjadi p₂ dan volumenya menjadi V₂. Jika gas tersebut mengalami proses reversibel, keadaan gas tersebut dapat dibalikkan dari keadaan B ke A dan tidak ada energi yang terbuang. Oleh karena itu, pada proses reversibel, kurva p–V yang dibentuk oleh perubahan keadaan sistem dari A ke B dan dari B ke A adalah sama. Dalam kenyataannya, sulit untuk menemukan proses reversibel karena proses ini tidak memperhitungkan energi yang hilang dari dalam sistem (misalnya, gesekan). Namun, proses reversibel memenuhi Hukum Pertama Termodinamika. Tahukah Anda yang dimaksud dengan siklus termodinamika? Siklus termodinamika adalah proses yang terjadi pada sistem sehingga akhirnya sistem kembali pada keadaan awalnya. Namun, apakah energi kalor dapat seluruhnya diubah menjadi energi mekanik? Adakah mesin yang dapat mengubah kalor seluruhnya menjadi usaha? Pada tahun 1824 seorang ilmuwan Prancis, Sadi Carnot (1796 – 1832), mengemukakan model mesin ideal yang dapat meningkatkan efisiensi melalui suatu siklus, yang dikenal dengan siklus Carnot. Mesin ideal Carnot bekerja berdasarkan mesin kalor yang dapat bekerja bolakbalik (reversibel), yang terdiri atas empat proses, yaitu dua proses isotermal dan dua proses adiabatik.

Gambar 9.9 Siklus Carnot

Pada gambar tersebut suatu gas ideal berada di dalam silinder yang terbuat dari bahan yang tidak mudah menghantarkan panas. Volume silinder tersebut dapat diubah dengan cara memindahkan posisi pistonnya. Untuk mengubah tekanan gas, diletakkan beberapa beban di atas piston. Pada sistem gas ini terdapat dua sumber kalor yang disebut reservoir suhu tinggi (memiliki suhu 300 K) gas memiliki temperatur tinggi (300 K), tekanan tinggi (4 atm), dan volume rendah (4 m³). Berikut urutan keempat langkah proses yang terjadi dalam siklus Carnot.
a. Pada langkah, gas mengalami ekspansi isotermal. Reservoir suhu tinggi menyentuh dasar silinder dan jumlah beban di atas piston dikurangi. Selama proses ini berlangsung, temperatur sistem tidak berubah, namun volume sistem bertambah. Dari keadaan 1 ke keadaan 2, sejumlah kalor (Q₁) dipindahkan dari reservoir suhu tinggi ke dalam gas.
b. Pada langkah kedua, gas berubah dari keadaan 2 ke keadaan 3 dan mengalami proses ekspansi adiabatik. Selama proses ini berlangsung, tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam sistem. Tekanan gas diturunkan dengan cara mengurangi beban yang ada di atas piston. Akibatnya, temperatur sistem akan turun dan volumenya bertambah.
c. Pada langkah ketiga, keadaan gas berubah dari keadaan 3 ke keadaan 4 melalui proses kompresi isotermal. Pada langkah ini, reservoir suhu rendah (200 K) menyentuh dasar silinder dan jumlah beban di atas piston bertambah. Akibatnya tekanan sistem meningkat, temperaturnya konstan, dan volume sistem menurun. Dari keadaan 3 ke keadaan 4, sejumlah kalor (Q₂) dipindahkan dari gas ke reservoir suhu rendah untuk menjaga temperatur sistem agar tidak berubah.
d. Pada langkah keempat, gas mengalami proses kompresi adiabatik dan keadaannya berubah dari keadaan 4 ke keadaan1. Jumlah beban di atas piston bertambah. Selama proses ini berlangsung, tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam sistem, tekanan sistem meningkat, dan volumenya berkurang. Menurut kurva hubungan p–V dari siklus Carnot, usaha yang dilakukan oleh gas adalah luas daerah di dalam kurva p–V siklus tersebut. Oleh karena siklus selalu kembali ke keadaannya semula, ΔUsiklus = 0 sehingga persamaan usaha siklus (Wsiklus) dapat dituliskan menjadi

W_siklus = ΔQ_siklus = (Q₁ – Q₂) ………. (9–28)

dengan: Q₁ = kalor yang diserap sistem, dan
Q₂ = kalor yang dilepaskan sistem.
Ketika mesin mengubah energi kalor menjadi energi mekanik (usaha). Perbandingan antara besar usaha yang dilakukan sistem (W) terhadap energi kalor yang diserapnya (Q₁) disebut sebagai efisiensi mesin. Persamaan matematis efisiensi mesin ini dituliskan dengan persamaan

dengan η = efisiensi mesin.
Oleh karena usaha dalam suatu siklus termodinamika dinyatakan dengan W = Q₁ – Q₂ makaPersamaan (9–30) dapat dituliskan menjadi

Pada mesin Carnot, besarnya kalor yang diserap oleh sistem (Q₁) sama dengan temperatur reservoir suhu tingginya (T₁). Demikian juga, besarnya kalor yang dilepaskan sistem (Q₂) sama dengan temperatur reservoir suhu rendah mesin Carnot tersebut. Oleh karena itu, Persamaan (9–30) dapat dituliskan menjadi

Keterangan:
η : efisiensi mesin Carnot
T₁ : suhu reservoir bersuhu tinggi (K)
T₂ : suhu reservoir bersuhu rendah (K)
Dari Persamaan (9–31) tersebut, Anda dapat menyimpulkan bahwa efisiensi mesin Carnot dapat ditingkatkan dengan cara menaikkan temperatur reservoir suhu tinggi atau menurunkan temperatur reservoir suhu rendah.
Contoh Soal
Sebuah mesin Carnot menyerap kalor sebesar 1.000 kJ. Mesin ini bekerja pada reservoir bersuhu 300 K dan 100 K. Berapa kalor yang terbuang oleh mesin?
Diketahui : T₁ = 300 K
T₂ = 200 K
Q₁ = 1.000 kJ
Ditanyakan: Q₂ = …?
Jawab :
η = [ 1- (T₂/T₁)] x 100% = [1 – (200/300)] x 100% = 33,33% = 1/3
Untuk menghitung Q₂, dapat Anda gunakan persamaan efisiensi:
η = [ 1- (Q₂/Q₁)] x 100%
1/3 =  1 – (Q₂/1.000)
Q₂ = 333,3 kJ
Jadi, kalor yang terbuang oleh mesin sebesar 333,3 kJ.

Kapal Uap Sederhana

Kapal uap merupakan penerapan konsep fisika tentang temperatur dan kalor. Istilah temperatur” dan “kalor” sering kita gunakan pada kehidupan sehari-hari dan terkadang tidak mengerti apa maksud dari istilah tersebut. Istilah ini sering digunakan secara tidak konsisten, sehingga penting bagi kita untuk mendefenisikan temperatur dan kalor dengan jelas, untuk memperjelas fenomena dan konsep yang berhubungan dengan temperatur dan kalor. Temperatur merupakan suatu konsep berupa pengukuran panas dan dinginnya suatu obyek.  Misalkan seseorang meletakkan tangannya pada dahi seorang pasien, untuk mengetahui berat penyakit pasien tersebut melalui ukuran panas yang dirasakan tangannya. Pengukuran semacam ini berdasarkan konsep kesetimbangan termal secara umum. Kopi panas dicangkir lama kelamaan menjadi dingin dan bila es digelas lama kelamaan mencair.  Hal ini terjadi bila temperatur sama dengan temperatur sekelilingnya. Kalor mengacu pada transfer energi dari satu benda ke benda lainnya karena adanya perbedaan temperatur. Konsep inilah yang digunakan sebagai dasar dalam penerapan konsep fisika. Suatu sistem dikatakan berada dalam keadaan kesetimbangan termal bila suatu sistem mencapai keadaansteady-state, di mana sudah tidak lagi terjadi pertukaran energi pada setiap bagian sistem.  Bila dua sisteam atau lebih dalam keadaan kesetimbangan termal temperatur sistem-sistem adalah sama. Salah satu penerapan konsep fisika terkait dengan hal ini adalah ketika mendinginkan sesuatu harus memiliki permukaan kontak yang lebih besar dengan sekelilingnya. Selanjutnya dua buah sistem dapat mencapai kesetimbangan termal apabila terdapat suatu mekanisme perpindahan panas.  Jika mekanisme tersebut terdapat pada kedua sistem, maka dikatakan kedua sistem melakukan kontak termal. Misalkan pengukuran panas air mendidih dengan menggunakan termometer, maka terjadi kontak termal antara gelas dengan air. Selanjutnya bagaimana prinsip kerja kapal uap  yang merupakan penerapan konsep fisika..? Penerapan konsep fisika tentang kapal uap pertama kalinya mulai digunakan setelah ditemukannya mesin uap di Negara Inggris oleh James Watt. Penemuan ini memicu memunculkan revolusi industri dan revolusi bahan bakar. Pada masa itu mulai digunakan batu bara sebagai bahan bakar dengan skala yang lebih luas dengan menggantikan kayu bakar. Percobaan diatas menggunakan lilin dan kaleng bekas untuk mempermudah pemahaman. Mesin uap adalah mesin yang menggunakan energi panas dalam uap air dan mengubahnya menjadi energi mekanis. Cara kerjanya sebagai

berikut :

1. Air yang dimasukkan kedalam kaleng bekas yang diberi sedikit air
2. Air dipanaskan oleh lilin api
3. Air yang dipanaskan menguap dan keluar melalui celah-celah lubang kecil
4. Uap air ini yang mendorong kapal uap hinggak dapat bergerak
5. Jika air habis/kering maka kapal mainan tidak akan berjalan

RADIASI BENDA HITAM

benda hitam

Dalam fisika, benda hitam (bahasa Inggris black body) adalah obyek yang menyerap seluruh radiasi elektromagnetik yang jatuh kepadanya. Tidak ada radiasi yang dapat keluar atau dipantulkannya. Namun, dalam fisika klasik, secara teori benda hitam haruslah juga memancarkan seluruh panjang gelombang energi yang mungkin, karena hanya dari sinilah energi benda itu dapat diukur.

Meskipun namanya benda hitam, dia tidaklah harus benar-benar hitam karena dia juga memancarkan energi. Jumlah dan jenis radiasi elektromagnetik yang dipancarkannya bergantung pada suhu benda hitam tersebut. Benda hitam dengan suhu di bawah sekitar 700 Kelvin hampir semua energinya dipancarkan dalam bentuk gelombang inframerah, sangat sedikit dalam panjang gelombang tampak. Semakin tinggi temperatur, semakin banyak energi yang dipancarkan dalam panjang gelombang tampak dimulai dari merah,jingga, kuning dan putih.

Istilah "benda hitam" pertama kali diperkenalkan oleh Gustav Robert Kirchhoff pada tahun 1862. Cahaya yang dipancarkan oleh benda hitam disebut radiasi benda hitam

Penjelasan

Ketika temperatur berkurang, puncak dari kurva radiasi benda hitam bergerak ke intensitas yang lebih rendah dan panjang gelombang yang lebih panjang. Grafik radiasi benda hitam ini dibandingkan dengan model klasik dari Rayleigh dan Jeans.

Dalam laboratorium, benda yang paling mendekati radiasi benda hitam adalah radiasi dari sebuah lubang kecil pada sebuah rongga. Cahaya apa pun yang memasuki lubang ini akan dipantulkan dan energinya diserap oleh dinding-dinding rongga berulang kali, tanpa memedulikan bahan dinding dan panjang gelombang radiasi yang masuk (selama panjang gelombang tersebut lebih kecil dibandingkan dengan diameter lubang). Lubang ini (bukan rongganya) adalah pendekatan dari sebuah benda hitam. Jika rongga dipanaskan, spektrum yang dipancarkan lubang akan merupakan spektrum kontinu dan tidak bergantung pada bahan pembuat rongga. Pancaran radiasinya mengikuti suatu kurva umum (lihat gambar). Berdasarkanhukum radiasi termal dari Kirchhoff kurva ini hanya bergantung pada suhu dinding rongga, dan setiap benda hitam akan mengikuti kurva ini.

Spektrum yang teramati tidak dapat dijelaskan dengan teori elektromagnetik klasik dan mekanika statistik. Teori ini meramalkan intensitasi yang tinggi pada panjang gelombang rendah (yaitu, frekuensi tinggi); suatu ramalan yang dikenal sebagai bencana ultraungu.

Masalah teoretis ini dipecahkan oleh Max Planck, yang menganggap bahwa radiasi elektromagnetik dapat merambat hanya dalam paket-paket, atau kuanta (lihat bencana ultraungu untuk rinciannya). Gagasan ini belakangan digunakan oleh Einsteinuntuk menjelaskan efek fotolistrik. Perkembangan teoretis ini akhirnya menyebabkan digantikannya teori elektromagnetik klasik dengan mekanika kuantum. Saat ini, paket-paket tersebut disebut foton.