Sabtu, 21 Maret 2015

Termometer

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

Skala- Skala dalam Termometer

1. Skala Reamur

Skala Réamur adalah skala suhu yang dinamai menurut René Antoine Ferchault de Réaumur, yang pertama mengusulkannya pada 1731. Titik beku air adalah 0 derajat Réaumur, titik didih air 80 derajat. Jadi, satu derajat Réaumur sama dengan 1,25 derajat Celsius atau kelvin.
Skala ini mulanya dibuat dengan alcohol, jadi termometer Réaumur yang dibuat dengan raksa sebenarnya bukan termometer Réaumur sejati. Réaumur mungkin memilih angka 80 karena dapat dibagi-dua sebanyak 4 kali dengan hasil bilangan bulat (40, 20, 10, 5), sedangkan 100 hanya dapat dibagi 2 kali dengan hasil bilangan bulat (50, 25).
Skala Réaumur digunakan secara luas di Eropa, terutama di Perancis dan Jerman, tapi kemudian digantikan oleh Celsius.

2. Skala Fahrenheit

Pada tahun 1714 Fahrenheit membuat tabung kaca berisi benang air raksa yg sangat tipis. Ia memilih benda cair itu karena cantik, mengkilap dan mudah dilihat sewaktu naik atau turun. Tapi termometer Fahrenheit mirip jam tanpa angka. Lalu ia berpikir untuk memasang angka-angka pada alatnya.
Maka Fahrenheit merancang seperangkat angka untuk dituliskan pada tabung kacanya. Namun susunannya harus sedemikian rupa agar air raksa akan naik ke angka yang sama pada semua termometer ketika berada pada tempat yang sama. Nah, di sinilah Fahrenheit mulai berulah.

Pertama, ia berpendapat, karena sebuah lingkaran penuh punya 360 tahap yg disebut derajat, alangkah baiknya jika termometer punya 360 tahap juga (sekalian meyebutnya derajat) untuk rentang antara tempat air beku dan tempat air mendidih. Akan tetapi 360 akan menyebabkan tiap derajat terlalu kecil, maka sebagai ganti ia memilih 180.
Kini mantaplah satu derajatnya, yaitu tepat 1/180 jarak pada tabung antara tanda air membeku dan air mendidih. Namun, ia masih bingung soal angka yang akan dipakai. Nol dan 180, 180 dan 360, atau 32 dan 21, (bukankah 212-32=180?)

Maka ia memasukkan termometernya ke dalam sebuah campuran paling dingin yang dapat dibuatnya: es+amonium klorida. Disebutnya temperatur itu "nol". Lucunya, ia begitu yakin bahwa orang lain tidak akan mampu membuat campuran yang lebih dingin dari pada itu. Padahal, 2 abad kemudian, orang dapat membuat tempat 460 derajat di bawah tempat nol-nya.

Ketika ia mengukur tempat tubuhnya sendiri, termometernya naik sampai sekitar angka 100 (tepatnya 98,6). Itulah salah satu kelebihan Fahrenheit: sabagai manusia ia ingin agar tempat tubuh manusia mencatat angka 100 pada skala termometer.

Sesudah itu ia memasukkan termometernya ke dalam campuran es+air. Ternyata tempatnya 32 derajat lebih tinggi dari pada tempat nol tadi. Maka, itu sebabnya titik beku air menjadi 32 derajat Fahrenheit. Akhirnya tempat air mendidih harus 32+180=212. jarang digunakan kecuali di industri permen dan keju.

3. Skala Celsius

Skala Celsius adalah suatu skala suhu yang didesain supaya titik beku airberada pada 0 derajat dan titik didih pada 100 derajat di tekanan atmosferik standar. Skala ini mendapat namanya dari ahli astronomi Anders Celsius(1701–1744), yang pertama kali mengusulkannya pada tahun 1742.

Karena ada seratus tahapan antara kedua titik referensi ini, istilah asli untuk sistem ini adalah centigrade (100 bagian) atau centesimal. Pada 1948 nama sistem ini diganti secara resmi menjadi Celsius oleh Konferensi Umum tentang Berat dan Ukuran ke-9 (CR 64), sebagai bentuk penghargaan bagi Celsius dan untuk mencegah kerancuan yang timbul akibat konflik penggunaan awalancenti- (di Indonesia senti-) seperti yang digunakan satuan ukur SI. Meski angka-angka untuk saat beku dan mendidih untuk air tetap lumayan tepat, definisi aslinya tidak cocok digunakan sebagai standar formal: ia bergantung pada definisi tekanan atmosferik standar yang sendiri bergantung kepada definisi suhu. Definisi resmi Celsius saat ini menyatakan bahwa 0,01 °C berada padatriple point air dan satu derajat adalah 1/273,16 dari perbedaan suhu antara triple point air dan nol absolut. Definisi ini memastikan bahwa satu derajat Celsius mempresentasikan perbedaan suhu yang sama dengan satu kelvin.

Anders Celsius awalnya mengusulkan titik beku berada pada 100 derajat dan titik didih pada 0 derajat. Ini dibalik pada tahun 1747, disebabkan hasutan dariLinnaeus, atau mungkin Daniel Ekström, pembuat kebanyakan termometer yang digunakan oleh Celsius.

Suhu sebesar −40 derajat mempunyai nilai yang sama untuk Celsius dan Fahrenheit. Selain itu, sebuah cara untuk mengkonversi Celsius ke Fahrenheit adalah dengan menambah 40, dikalikan dengan 1,8, dan kemudian dikurangi 40. Sebaliknya, untuk mengkonversi dari Fahrenheit ke Celsius kita menambah 40, kemudian dibagikan 1,8 dan akhirnya dikurangi 40.

Skala Celsius digunakani hampir seluruh dunia untuk keperluan sehari-hari, meski di media massa ia masih sering dikenal sebagai centigrade hingga akhir1980-an atau awal 1990-an, terutama oleh peramal cuaca di saluran televisi di Eropa misalnya BBC, ITV dan RTÉ. Di Amerika Serikat dan Jamaika, Fahrenheit tetap menjadi skala pilihan utama untuk pengukuran suhu sehari-hari, meski Celsius dan kelvin digunakan untuk aplikasi sain.

4. Skala Kelvin

Lord Kelvin (1842 - 1907) menawarkan skala baru yang diberi nama Kelvin. Skala kelvin dimulai dari 273 K ketika air membeku dan 373 K ketika air mendidih. Sehingga nol mutlak sama dengan 0 K atau -273°C

Jenis – Jenis Termometer

1. Thermometer menurut isinya dibagi menjadi :

a) termometer cair

b) termometer padat

c) termometer digital

2. Thermometer berdasarkan penggunaannya :

a. Termometer klinis

Termometer ini khusus digunakan untuk mendiaknosa penyakit dan bisanya diisi dengan raksa atau alkhohol. Termometer ini mempunyai lekukan sempit diatas wadahnya yang berfungsi untuk menjaga supaya suhu yang ditunjukkan setelah pengukuran tidak berubah setelah termometer diangkat dari badan pasien. Skala pada termometer ini antara 35°C sampai 42°C.

b. Termometer laboratorium

Termometer ini menggunakan cairan raksa atau alkhohol. Jika cairan bertambah panas maka raksa atau alkhohol akan memuai sehingga skalanya bertambah. Agar termometer sensitif terhadap suhu maka ukuran pipa harus dibuat kecil (pipa kapiler) dan agar peka terhadap perubahan suhu maka dinding termometer (reservoir) dibuat setipis mungkin dan bila memungkinkan dibuat dari bahan yang konduktor.

c. Termometer ruangan

Termometer ini berfungsi untuk mengukur suhu pada sebuah ruangan. Pada dasarnya termometer ini sama dengan termometer yang lain hanya saja skalanya yang berbeda. Skala termometer ini antara -50°C sampai 50°C .

d. Termometer digital

Karena perkembangan teknologi maka diciptakanlah termometer digital yang prinsip kerjanya sama dengan termometer yang lainnya yaitu pemuaian. Pada termometer digital menggunakan logam sebagai sensor suhunya yang kemudian memuai dan pemuaiannya ini diterjemahkan oleh rangkaian elektronik dan ditampilkan dalam bentuk angka yang langsung bisa dibaca.

e. Termokpel

Merupakan termometer yang menggunakan bahan bimetal sebagai alat pokoknya. Ketika terkena panas maka bimetal akan bengkok ke arah yang koefesiennya lebih kecil. Pemuaian ini kemudian dihubungkan dengan jarum dan menunjukkan angka tertentu. Angka yang ditunjukkan jarum ini menunjukkan suhu benda

Cara Mengukur suhu tubuh dengan thermometer

Ada 3 cara untuk mengukur suhu tubuh, yaitu: melalui dubur, mulut dan di bawah ketiak. Yang perlu diingat adalah suhu yang diukur melalui dubur lebih tinggi 0,5 derajat celcius dibandingkan suhu yang diukur melalui mulut. Suhu yang diukur di bawah ketiak lebih rendah 0,5 derajat celcius dibandingkan suhu yang diukur melalui mulut. Cara yang mana saja dapat digunakan sesuai situasi dan kondisi yang mungkin. Yang penting saat berkonsultasi dengan dokter jangan lupa disebutkan bagaimana cara mengukur suhu tubuhnya.

a. Langkah-langkah untuk mengukur suhu tubuh melalui dubur (untuk bayi):

1. beri jeli atau pelumas pada ujung thermometer

2. baringkan bayi dalam posisi tengkurap

3. masukkan ujung termometer ke dalam dubur bayi kurang lebih sedalam 3,5 cm

4. diamkan selama 3 menit, bayi tetap dalam posisi tengkurap

5. keluarkan termometer dari dubur bayi dan bacalah hasilnya

b. Langkah-langkah untuk mengukur suhu tubuh melalui mulut:

1. letakkan ujung termometer di bawah lidah

2. tutup mulut selama 3 menit

3. keluarkan termometer dari mulut dan bacalah hasilnya

c. Langkah-langkah untuk mengukur suhu tubuh di bawah ketiak:

1. letakkan termometer di bawah ketiak dengan posisi lengan ke arah bawah

2. silangkan lengan di depan dada

3. tunggu sekitar 5 menit

Sejarah Termometer

Dalam kehidupan sehari-hari masyarakat untuk mengukur suhu cenderung menggunakan indera peraba. Tetapi dengan adanya perkembangan teknologi maka diciptakanlah termometer untuk mengukur suhu dengan valid. Pada abad 17 terdapat 30 jenis skala yang membuat para ilmuan kebingungan. Hal ini memberikan inspirasi pada Anders Celcius (1701 - 1744) sehingga pada tahun 1742 dia memperkenalkan skala yang digunakan sebagai pedoman pengukuran suhu. Skala ini diberi nama sesuai dengan namanya yaitu Skala Celcius. Apabila benda didinginkan terus maka suhunya akan semakin dingin dan partikelnya akan berhenti bergerak, kondisi ini disebut kondisi nol mutlak. Skala Celcius tidak bisa menjawab masalah ini maka Lord Kelvin (1842 - 1907) menawarkan skala baru yang diberi nama Kelvin. Skala kelvin dimulai dari 273 K ketika air membeku dan 373 K ketika air mendidih. Sehingga nol mutlak sama dengan 0 K atau -273°C. Selain skala tersebut ada juga skala Reamur dan Fahrenheit. Untuk skala Reamur air membeku pada suhu 0°R dan mendidih pada suhu 80°R sedangkan pada skala Fahrenheit air membuka pada suhu 32°F dan mendidih pada suhu 212°F.

Termometer adalah alat untuk mengukur suhu. Termometer Merkuri adalah jenis termometer yang sering digunakan oleh masyarakat awam. Merkuri digunakan pada alat ukur suhu termometer karena koefisien muainya bisa terbilang konstan sehingga perubahan volume akibat kenaikan atau penurunan suhu hampir selalu sama.
Alat ini terdiri dari pipa kapiler yang menggunakan material kaca dengan kandungan Merkuri di ujung bawah. Untuk tujuan pengukuran, pipa ini dibuat sedemikian rupa sehingga hampa udara. Jika temperatur meningkat, Merkuri akan mengembang naik ke arah atas pipa dan memberikan petunjuk tentang suhu di sekitar alat ukur sesuai dengan skala yang telah ditentukan. Skala suhu yang paling banyak dipakai di seluruh dunia adalah Skala Celcius dengan poin 0 untuk titik beku dan poin 100 untuk titik didih.
Termometer Merkuri pertama kali dibuat oleh Daniel G. Fahrenheit. Peralatan sensor panas ini menggunakan bahan Merkuri dan pipa kaca dengan skala Celsius dan Fahrenheit untuk mengukur suhu. Pada tahun 1742 Anders Celsius mempublikasikan sebuah buku berjudul “Penemuan Skala Temperatur Celsius” yang diantara isinya menjelaskan metode kalibrasi alat termometer seperti dibawah ini:

1. Letakkan silinder termometer di air yang sedang mencair dan tandai poin termometer disaat seluruh air tersebut berwujud cair seluruhnya. Poin ini adalah poin titik beku air.

2. Dengan cara yang sama, tandai poin termometer disaat seluruh air tersebut mendidih seluruhnya saat dipanaskan.

3. Bagi panjang dari dua poin diatas menjadi seratus bagian yang sama.
Sampai saat ini tiga poin kalibrasi diatas masih digunakan untuk mencari rata-rata skala Celsius pada Termometer Merkuri. Poin-poin tersebut tidak dapat dijadikan metoda kalibrasi yang akurat karena titik didih dan titik beku air berbeda-beda seiring beda tekanan.

Pembangkit Listrik Masa Depan

Indahnya Berlian di Atap Konsep Pembangkit Listrik Masa Depan ini

BY TECHNOART STAFF

Prinsip Kerja Boiler

Boiler adalah sebuah wadah tertutup berisi air atau fluida lain untuk dipanaskan. Sekalipun sebuah boiler tidak harus berfungsi untuk mendidihkan fluida, namun kita lebih familiar dengan boiler yang berfungsi untuk mendidihkan air sehingga memproduksi uap air. Sehingga pada umumnya kita lebih memahami bahwa boiler adalah sebuah alat untuk memproduksi uap air.

Ilustrasi Sederhana Boiler
(Sumber)

Prinsip kerja boiler sebenarnya cukup sederhana sama seperti pada saat kita sedang mendidihkan air menggunakan panci. Proses pendidihan air tersebut akan selalu diiringi proses perpindahan panas yang melibatkan bahan bakar, udara, material wadah air, serta air itu sendiri. Proses perpindahan panas ini mencakup tiga jenis perpindahan panas yang sudah sangat kita kenal yakni konduksi, konveksi, dan radiasi.

Boiler Pipa Air Superheated
(Sumber)

Pada boiler pipa air di atas misalnya, sumber panas didapatkan dari pembakaran bahan bakar di dalamfurnace. Energi panas ini sebagian akan terpancar secara radiasi ke pipa-pipa evaporator sehingga memanaskan pipa-pipa tersebut. Panas yang terserap oleh permukaan pipa akan secara konduksi berpindah ke sisi permukaan dalam pipa. Di dalam pipa, mengalir air yang terus-menerus menyerap panas tersebut. Proses penyebaran panas antar molekul air di dalam aliran ini terjadi secara konveksi. Perpindahan panas konveksi antar molekul air, seakan-akan menciptakan aliran fluida tersendiri terlepas dengan aliran air di dalam pipa-pipa boiler.

Proses Pembentukan Uap di Dalam Pipa Boiler

Gas hasil pembakaran yang mengandung energi panas akan terus mengalir mengikuti bentuk boiler hingga ke sisi keluaran. Di sepanjang perjalanan, panas yang terkandung di dalam gas buang akan diserap oleh permukaan tubing boiler dan diteruskan secara konduksi ke air di dalam pipa. Secara bertahap, air akan berubah fase menjadi uap basah (saturated steam) dan dapat berlanjut hingga menjadi uap kering (superheated steam).

Pipa-pipa Boiler

Referensi dan eBook Gratis:

Boilers

Operating Instructions for Steam Boiler

sumber

http://artikel-teknologi.com/prinsip-kerja-boiler/

Siklus Brayton

Siklus Brayton menjadi konsep dasar untuk setiap mesin turbin gas. Siklus termodinamika ini dikembangkan pertama kali oleh John Barber pada tahun 1791, dan disempurnakan lebih lanjut oleh George Brayton. Pada awal penerapan siklus ini, Brayton dan ilmuwan lainnya mengembangkan mesinreciprocating dikombinasikan dengan kompresor. Mesin tersebut berdampingan dengan mesin Otto diaplikasikan pertama kali ke otomotif roda empat. Namun mesin Brayton kalah pamor dengan mesin Otto empat silinder yang dikembangkan oleh Henry Ford. Pada perkembangan selanjutnya, siklus Brayton lebih diaplikasikan khusus ke mesin-mesin turbojet dan turbin gas.

Mesin Turbojet Pesawat Terbang
(Sumber)

Untuk memudahkan memahami siklus Brayton, sangat disarankan bagi Anda untuk mengetahui prinsip kerja turbin gas (baca artikel berikut). Kita ambil contoh mesin turbojet pesawat terbang. Mesin ini menggunakan media kerja udara atmosfer. Sisi inlet kompresor menghisap udara atmosfer, dan udara panas yang telah melewati turbin keluar ke atmosfer lagi. Sekalipun sistem turbojet ini nampak merupakan siklus terbuka, untuk kebutuhan analisa termodinamika, mari kita asumsikan udara yang keluar turbin gas akan menjadi inlet untuk kompresor. Sehingga untuk menganalisa siklus Brayton pada mesin turbojet menjadi lebih mudah.

(a) Skema Siklus Brayton
(b) Diagram P-V Siklus Brayton
(c) Diagram T-s Siklus Brayton
(Sumber)

Siklus Brayton melibatkan tiga komponen utama yakni kompresor, ruang bakar (combustion chamber), dan turbin. Media kerja udara atmosfer masuk melalui sisi inlet kompresor, melewati ruang bakar, dan keluar kembali ke atmosfer setelah melewati turbin. Fenomena-fenomena termodinamika yang terjadi pada siklus Brayton ideal adalah sebagai berikut:

(1-2) Proses Kompresi Isentropik
Udara atmosfer masuk ke dalam sistem turbin gas melalui sisi inlet kompresor. Oleh kompresor, udara dikompresikan sampai tekanan tertentu diikuti dengan volume ruang yang menyempit. Proses ini tidak diikuti dengan perubahan entropi, sehingga disebut proses isentropik. Proses ini ditunjukan dengan angka 1-2 pada kurva di atas.

(2-3) Proses Pembakaran Isobarik
Pada tahap 2-3, udara terkompresi masuk ke ruang bakar. Bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang bakar, dan diikuti dengan proses pembakaran bahan bakar tersebut. Energi panas hasil pembakaran diserap oleh udara (q_in), meningkatkan temperatur udara, dan menambah volume udara. Proses ini tidak mengalami kenaikan tekanan udara, karena udara hasil proses pembakaran bebas berekspansi ke sisi turbin. Karena tekanan yang konstan inilah maka proses ini disebut isobarik.

(3-4) Proses Ekspansi Isentropik
Udara bertekanan yang telah menyerap panas hasil pembakaran, berekspansi melewati turbin. Sudu-sudu turbin yang merupakan nozzle-nozzle kecil berfungsi untuk mengkonversikan energi panas udara menjadi energi kinetik (baca artikel berikut). Sebagian energi tersebut dikonversikan turbin untuk memutar kompresor. Pada sistem pembangkit listrik turbin gas, sebagian energi lagi dikonversikan turbin untuk memutar generator listrik. Sedangkan pada mesin turbojet, sebagian energi panas dikonversikan menjadi daya dorong pesawat oleh sebentuk nozzle besar pada ujung keluaran turbin gas.

(4-1) Proses Pembuangan Panas
Tahap selanjutnya adalah pembuangan udara kembali ke atmosfer. Pada siklus Brayton ideal, udara yang keluar dari turbin ini masih menyisakan sejumlah energi panas. Panas ini diserap oleh udara bebas, sehingga secara siklus udara tersebut siap untuk kembali masuk ke tahap 1-2 lagi.

Efisiensi Siklus Brayton
Perhitungan energi panas / kalor masuk (q_in):

q_in = h₃ – h₂ = c_p ( T₃ – T₂ )

Perhitungan energi panas keluar (q_out):

q_out = h₄ – h₁ = c_p ( T₄ – T₁ )

Perhitungan efisiensi termal (η _th):

$\eta _{th}=\dfrac {q_{in}-q_{out}}{q_{in}}$ $\eta _{th}=\dfrac {q_{in}}{q_{in}}-\dfrac {q_{out}}{q_{in}}$ $\eta _{th}=1-\dfrac {c_{p}\left( T_{4}-T_{1}\right) }{c_{p}\left( T_{3}-T_{2}\right) }$ $\eta _{th}=1-\dfrac {\left( T_{4}-T_{1}\right) }{\left( T_{3}-T_{2}\right) }$ $\eta _{th}=1-\dfrac {T_{1}}{T_{2}}\dfrac {\left( \dfrac {T_{4}}{T_{1}}-1\right) }{\left( \dfrac {T_{3}}{T_{2}}-1\right) }$

…….(1)

Karena proses 1-2 dan 3-4 adalah isentropik, dan jika γ adalah rasio kapasitas kalor, maka:

$\dfrac {T_{1}}{T_{2}}=\left( \dfrac {P_{1}}{P_{2}}\right) ^{\dfrac {\left( \gamma -1\right) }{\gamma }}$ dan $\dfrac {T_{4}}{T_{3}}=\left( \dfrac {P_{4}}{P_{3}}\right) ^{\dfrac {\left( \gamma -1\right) }{\gamma }}$

Dan seperti diketahui bahwa P₂ = P₃ serta P₁ = P₄, maka:

$\dfrac {T_{1}}{T_{2}}=\dfrac {T_{4}}{T_{3}}\rightarrow \dfrac {T_{4}}{T_{1}}=\dfrac {T_{3}}{T_{2}}$

Sehingga persamaan (1) menjadi:

$\eta _{th}=1-\dfrac {T_{1}}{T_{2}}= 1-\left( \dfrac {P_{1}}{P_{2}}\right) ^{\dfrac {\left( \gamma -1\right) }{\gamma }}$

dimana:

η _th

T₁

T₂

P₁

P₂

Referensi:

Wikipedia: Brayton Cycle

Brayton Cycle

Brayton cycle – the Ideal Cycle for Gas-turbine Enginsumber:

http://artikel-teknologi.com/

TERMODINAMIKA