Efisiensi mesin kalor

Efisiensi (e) mesin kalor merupakan perbandingan antara Usaha alias Keja (W) yang dilakukan mesin dengan masukan Kalor pada suhu tinggi (Q_H). Secara matematis bisa ditulis seperti ini :

W merupakan keuntungan yang kita terima, sedangkan Q_H merupakan biaya yang kita keluarkan untuk membeli dan membakar bahan bakar. Sebagai manusia yang selalu ingin memperoleh keuntungan yang sebesar-besarnya dari pengeluaran yang sekecil-kecilnya , kita sangat berharap bahwa keuntungan yang kita peroleh (W) sebanding dengan biaya yang kita keluarkan (Q_H). Mungkinkah itu terjadi ? Nantikan hasil pengoprekannya…

Berdasarkan kekekalan energi, Kalor masukan (Q_H) harus sama dengan Kerja (W) yang dilakukan + Kalor yang dibuang (Q_L). Secara matematis bisa diobok-obok seperti ini :

Kita gantikan W pada persamaan 1 dengan W pada persamaan 2 :

Jika ingin menyatakan efisiensi mesin kalor dalam persentase, kalikan saja persamaan efisiensi dengan 100 %.

Berdasarkan persamaan efisiensi di atas, tampak bahwa semakin banyak kalor yang dibuang (Q_L) oleh suatu mesin kalor, semakin tidak efisien mesin kalor tersebut (merugikan kita). Kita sangat menginginkan agar jumlah kalor yang dibuang (Q_L) sesedikit mungkin. Bagaimanapun kalor masukan (Q_H) biasanya diperoleh dengan membakar minyak, batu bara, gas dkk (bahan bakar yang kita bayar). Karenanya setiap mesin kalor pada dasarnya dirancang untuk memiliki efisiensi sebesar mungkin. Btw, walaupun kita sangat menginginkan keuntungan yang sebesar-besarnya dari pengeluaran yang sekecil-kecilnya (prinsip ekonomi-kah ?), kenyataan menunjukkan bahwa efisiensi mesin uap biasanya sekitar 40 %, sedangkan efisiensi mesin pembakaran dalam sekitar 50 %. Hal ini menunjukkan bahwa setengah bagian kalor yang diperoleh dengan membakar bahan bakar (membakar duit kita ) terbuang percuma. Hanya setengah bagian saja yang berubah menjadi energi mekanik (digunakan untuk melakukan usaha alias kerja). Biar dirimu makin paham dengan penjelasan gurumuda, perhatikan contoh soal di bawah…

Contoh soal 1 :

Sebuah mesin kalor menyerap kalor sebanyak 3000 Joule (Q_H), melakukan usaha alias kerja (W) dan membuang kalor sebanyak 2500 Joule (Q_L). Berapakah efisiensi mesin kalor tersebut ?

Panduan jawaban :

Wah, efisiensinya kecil sekali… Mesin kalor kaya gini sebaiknya dibuang ke laut saja

Contoh soal 2 :

Sebuah mesin kalor menyerap kalor sebanyak 3000 Joule (Q_H), melakukan usaha alias kerja (W) dan membuang kalor sebanyak 2000 Joule (Q_L). Berapakah efisiensi mesin kalor tersebut ?

Panduan jawaban :

Lumayan, tapi masih merugikan…

Contoh soal 3 :

Sebuah mesin kalor menyerap kalor sebanyak 3000 Joule (Q_H), melakukan usaha alias kerja (W) dan membuang kalor sebanyak 1500 Joule (Q_L). Berapakah efisiensi mesin kalor tersebut ?

Panduan jawaban :