Dunia Termodinamika

Minggu, 15 Maret 2015

Efisiensi Energi dan Exergi secara Optimal dengan Hukum Termodinamika

Kata Kunci: efisiensi, energi, exergi, listrik, termodinamika

Sepertinya telah menjadi kodrat manusia di dunia ini apabila sesuatu itu tersedia secara melimpah dan murah, maka penggunaannya pun cenderung boros atau tidak memperhatikan efisiensi. Hal tersebut juga berlaku dalam penggunaan di bidang energi terutama untuk penggunaan jenis energi yang vital bagi manusia dan pembangunan yaitu energi listrik dan bahan bakar minyak (BBM).
Di Indonesia, fenomena diatas pun telah lama terjadi. Selama ini rakyat Indonesia telah dimanjakan dengan biaya listrik dan harga BBM murah, sehingga menimbulkan suatu argumen bahwa energi berada dalam jumlah melimpah. Secara tidak langsung, hal ini telah menumbuhkan perilaku pola konsumsi yang konsumtif/boros dan tidak terkendali dari sebagian besar rakyat Indonesia terhadap penggunaan energi. Akibat dari pemborosan tersebut, Indonesia diprediksi oleh para ahli energi pada kurun waktu 15-20 tahun mendatang akan mengalami krisis energi.
Ditengah prediksi yang mencemaskan itu, maka masalah energi secara umum menjadi krusial untuk disiasati. Berbagai solusi dan alternatif telah ditawarkan oleh banyak para ahli, baik berupa pendiversifikasian energi, penggunaan energi alternatif, ataupun dengan konservasi energi. Secara umum semua solusi yang ditawarkan adalah tepat. Tetapi apabila tidak diikuti dengan adanya efisiensi energi oleh masyarakat, pemerintah ataupun industri, maka semua solusi tersebut bukanlah sebuah solusi pemecahan yang tuntas dan berkelanjutan.
Prinsip dasar dari efisiensi energi adalah menggunakan jumlah energi yang sedikit tetapi tujuan atau hasil yang didapat sangat maksimal. Dalam upaya efisiensi energi ini, kajian kimia dan fisika terutama pada hukum Termodinamika yang membahas masalah energi telah memberikan konsep ilmiah yang berguna dalam upaya efisiensi energi secara tepat guna dan optimal. Namun sayang terkadang para pembuat kebijakan energi di negeri ini sering melupakan tentang fenomena tersebut.
Konsep Efisiensi dalam Hukum Termodinamika
Untuk merancang sebuah perencanaan yang optimal dalam memanfaatkan energi, berbagai konsep telah dikembangkan, yang salah satunya adalah dengan analisis energi dan analisis exergi yang berdasarkan pada hukum Termodinamika. Untuk analisis energi, konsepnya terfokus pada hukum ke-1 Termodinamika sedangkan analisis exergi terfokus pada hukum ke-2 Termodinamika.
Disebutkan dalam hukum ke-1 Termodinamika bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Dalam pendekatan hukum ke-1 ini, strategi efisiensi energi lebih cenderung pada pemanfaatan sumber daya energi secara efisien. Efisien yang dimaksud disini adalah penggunaan sumber-sumber energi disesuaikan dengan kualitas yang dibutuhkan. Dengan menyesuaikan sumber-sumber energi dengan penugasannya sehingga dapat mencegah pemborosan penggunaan energi berkualitas tinggi hanya untuk tugas yang berkualitas rendah. Kelemahan pada pendekatan hukum ke-1 Termodinamika ini terletak pada hukum ini tidak memperhitungkan terjadinya penurunan kualitas energi.
Untuk itu, pendekatan hukum ke-2 Termodinamika telah memberikan konsep efisiensi yang lebih baik. Dalam hukum ke-2 Termodinamika atau dikenal juga sebagai hukum degradasi energi dikemukakan bahwa tidak ada proses pengubahan energi yang efisien sehingga pastilah akan terjadi penurunan kualitas energi didalamnya. Kualitas energi ini disebut sebagai exergi. Exergi ini dapat ditransfer di antara sistem dan dapat dihancurkan oleh irreversibiltas di dalam sistem. Dalam pendekatan hukum ke-2 Termodinamika ini strategi efisiensi energi yang direkomendasikan adalah pemanfaatan energi secara optimal termasuk di dalamnya pemanfaatan exergi-exergi. Sehingga dalam pendekatan ini diharapkan tidak ada energi dan exergi yang terbuang percuma ke lingkungan.
Dari kedua analisis diatas yaitu analisis energi dan exergi. Diketahui bahwa hasil dari analisis exergi lebih mempunyai dampak secara signifikan dalam upaya efisiensi energi dan exergi secara optimal dibandingkan analisis energi. Beberapa kelebihan analisis exergi dibandingkan analisis energi menurut Agus Sugiyono (2000) adalah (1) lebih akurat dalam membuat desain yang optimal bagi proses industri maupun pembangkit listrik, (2) lebih teliti dalam menentukan energi yang hilang dalam proses maupun yang dibuang ke udara, dan terakhir (3) dapat menentukan kualitas energi. Jelasnya adalah memaksimalkan efisiensi hukum ke-2 Termodinamika akan mendorong strategi yang lebih baik daripada memaksimalkan efisiensi hukum ke-1 Termodinamika.
Contoh sederhana dalam membedakan kedua strategi antara hukum ke-1 dan 2 Termodinamika adalah dalam hal evaluasi penggunaan listrik untuk pemanas ruangan. Pendekatan hukum ke-1 Termodinamika hanya akan memberikan strategi efisiensi energi dengan cara merekomendasikan penggunaan peralatan pemanas ruangan yang efisien. Sedangkan hukum ke-2 Termodinamika menilai bahwa penggunaan listrik untuk pemanas ruangan termasuk dalam kategori pemborosan energi. Hal ini karena energi panas termasuk dalam kategori energi berkualitas rendah. Tugas dan kebutuhan energi kualitas rendah seperti pemanas ruangan ini dapat diperoleh lebih efisien dan murah dengan cara lain.
Di beberapa gedung perkantoran di beberapa negara maju, untuk memanaskan ruangan, energi panas tersebut dapat diperoleh dengan cara menangkap limbah panas yang dipancarkan dari peralatan kantor seperti komputer, mesin photocopy, dan lampu. Beberapa contoh lain yang sejenis dari strategi hukum ke-2 Termodinamika mengenai energi panas adalah dalam hal evaluasi penggunaan water heater (pemanas air), dimana untuk memanaskan air kita tidak lagi perlu menggunakan listrik, tetapi memanfaatkan limbah panas dari mesin Air Conditioner (AC) ataupun contoh lain adalah pemanfaatan limbah panas dari mesin generator listrik berbahan bakar solar untuk memanaskan air di bak mandi. Jadi dalam hal ini energi listrik yang merupakan energi dengan kualitas tinggi tetap dipertahankan untuk melakukan suatu kerja dengan kualitas yang sepadan. Sedangkan energi-energi listrik yang telah terkonversi menjadi energi panas, tidak begitu saja terbuang percuma ke lingkungan, tetapi dimanfaatkan untuk hal lain yang sepadan dengan kualitas energinya. Sehingga dengan cara ini pemanfaatan energi benar-benar dikelola secara optimal.
Lebih lanjut, dalam contoh skala yang lebih besar, semisal dalam suatu kota di pegunungan yang memerlukan kapasitas pemanas ruangan, strategi hukum ke-1 Termodinamika akan terdiri dari (1) penggunaan pemanas listrik yang sangat efisien, dan (2) membangun banyak pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN). Hal yang berbeda akan diberikan oleh hukum ke-2 Termodinamika yang akan terdiri dari (1) identifikasi sumber-sumber energi kualitas rendah dalam struktur lokal yang bisa dipanaskan dan (2) cara-cara menyalurkan sumber-sumber tersebut. Dari kasus-kasus diatas diketahui bahwa memaksimalkan efisiensi hukum ke-2 Termodinamika akan menghasilkan dampak yang lebih baik terhadap penentuan kebijakan di bidang energi.
Sejauh ini, penggunaan analisis exergi yang berdasarkan pada hukum ke-2 Termodinamika ini telah banyak diterapkan di berbagai proses industri maupun di pembangkit-pembangkit listrik. Untuk membuat model dalam analisis exergi ini melibatkan variabel-variabel data yang sangat banyak dan berinteraksi dengan persamaan yang kompleks. Penggunaan data-data primer tentang energi yang rinci dan konsisten, sangatlah diperlukan dalam mendukung pembuatan model exergi untuk kemudian dintreprestasi lebih lanjut untuk menentukan langkah-langkah efisiensi yang harus dilakukan. Tetapi jika data-data tersebut sulit diperoleh maka penggunaan data-data sekunder yang diturunkan dari data-data non energi dapatlah digunakan. Beberapa data yang diperlukan adalah pendapatan daerah, pendapatan sektor industri, jumlah rumah tangga, jumlah angkutan umum, penjualan listrik dari PLN dan data produksi dari sektor pertanian.
Penutup
Hukum Termodinamika yang telah kita pelajari dalam bangku-bangku perkuliahan secara tersirat telah memberikan sebuah konsep yang unik dalam upaya efisiensi energi yang perlu terus kita gali dan kembangkan. Geliat perkembangan di bidang termodinamika dewasa ini terus melaju dan dinamis, termasuk diperkenalkannya konsep emergy (embodied energy) atau energi yang telah disertakan dalam suatu benda oleh H. T Odum dari Environmental Enginering Sciences University of Florida. Yang menurut beberapa pakar dibidang ini lebih baik daripada konsep exergy terutama bila merujuk pada sifat heterogenitas dari sistem. Akan tetapi di Indonesia sangat sedikit sekali bahkan bisa dikatakan tidak ada peneliti yang mengkaji dan menerapkan konsep emergy ini. Sehingga penggunaan konsep exergy di Indonesia masih layak untuk tetap diaplikasikan.
Daftar Pustaka

Agus Sugiyono. 2000. Studi Pendahuluan untuk Analisis Energi-Exergi Kota Jakarta. Laporan Teknis. Direktorat Teknologi Konversi dan Konservasi Energi BPPT. Jakarta
Migas Indonesia Online. 2003. Analisa Exergy di Dunia Industri. http://www.migas-indonesia.com
Sudjito, Saifuddin Baedoewie, Agung Sugeng W. Konsep Dasar Termodinamika. Diktat Termodinamika Dasar Program Semi Que IV FT Jurusan Mesin Universitas Brawijaya.
Sinly Evan Putra. 2005. Konservasi dan Diversifikasi Energi, Solusi Mengatasi Krisis Energi dan Pencemaran Udara di Indonesia. Karya Ilmiah. Universitas Lampung (unpublished)
Agus Sugiyono dan M.Sidik Boedoyo. Perubahan Pola Penggunaan Energi dan Perencanaan Penyediaan Energi. BPPT. Jakarta.
Sophian Bachri. 2005. Energi dalam Air Terjun. Natural/Edisi 11/Th V2/Agustus 2005. Bandar Lampung
J.R.E. Kaligis, Samidjo BK, Mieke M. 2007. Pendidikan Lingkungan Hidup (pada Subbab Energi). Penerbit Universitas Terbuka. Jakarta.

Efisiensi termal

Dalam termodinamika, efisiensi termal adalah ukuran tanpa dimensi yang menunjukkan performa peralatan termal seperti mesin pembakaran dalam dan sebagainya. Panas yang masuk adalah energi yang didapatkan dari sumber energi. Output yang diinginkan dapat berupa panas atau kerja, atau mungkin keduanya. Jadi, termal efisiensi dapat dirumuskan dengan

\eta_{th} \equiv \frac{\text{Berapa yang didapatkan}}{\text{Berapa yang dimasukan}}.

Berdasarkan hukum pertama termodinamika, output tidak bisa melebihi input, sehingga

0 \le \eta_{th} \le 1

Ketika ditulis dalam persentase, efisiensi termal harus berada di antara 0% dan 100%. Karena inefisiensi seperti gesekan, hilangnya panas, dan faktor lainnya, efisiensi termal mesin tidak pernah mencapai 100%. Seperti contoh, mesin mobil bensin memiliki efisiensi 25%, dan mesin pembangkit listrik tenaga batu bara yang besar memiliki efisiensi maksimum 46%. Mesin diesel terbesar di dunia memiliki efisiensi maksimum 51,7%.

Mesin kalor

Ketika mengubah energi termal menjadi energi mekanik (kerja), efisiensi termal dari mesin kalor adalah persentase dari energi panas yang ditransformasikan menjadi kerja. Efisiensi termalnya didefinisikan dengan

\eta_{th} \equiv \frac{W_{keluar}}{Q_{masuk}} = 1 - \frac{Q_{keluar}}{Q_{masuk}}

Efisiensi Carnot

Hukum kedua termodinamika menaruh batas fundamental pada efisiensi termal dari mesin kalor. Dan secara mengejutkan, bahkan mesin ideal yang tak memiliki gesekan tidak bisa mengubah seluruhnya panas yang masuk menjadi kerja. Faktor yang membatasi diantaranya temperatur panas yang masuk ke mesin,

T_H\,

, dan temperatur pembuangan,

T_C\,

, yang diukur dengan suhu mutlak Kelvin.

\eta_{th} \le 1 - \frac{T_C}{T_H}\,

Batas nilai ini dinamakan efisiensi siklus Carnot karena siklus yang menggerakannya dinamakan siklus Carnot. Di dunia ini belum ada mesin kalor yang bisa melebihi efisiensi ini, bagaimanapun desainnya.
Contoh dari

T_H\,

adalah temperatur dari uap panas yang menggerakkan turbin pembangkit listrik, atau temperatur bahan bakar yang dibakar di mesin pembakaran dalam.

T_C\,

biasanya adalah temperatur di mana mesin itu berada, atau temperatur air danau / laut di mana panas dari pembangkit listrik dibuang.
Dalam kenyataannya, tidak ada mesin yang mampu mengoperasikan siklus yang menyamai efisiensi mesin Carnot. Mesin Carnot hanya berlaku pada mesin yang menggunakan kalor sebagai inputnya. Mesin yang tidak membakar bahan bakar untuk menjadikannya kerja seperti fuel cell, memiliki efisiensi yang melebihi efisiensi Carnot.
Karena

T_C\,

bergantung pada temperatur di mana mesin berada, peran pendingin mesin sangat berguna untuk meningkatkan efisiensi mesin.

Konversi energi

Untuk alat konversi seperti pemanas ruangan, boiler, atau pembakar, efisiensi termalnya dirumuskan dengan

\eta_{th} \equiv \frac{Q_{keluar}}{Q_{masuk}}

Sehingga untuk boiler yang memproduksi 210 kW panas dengan input 300 kW bahan bakar memiliki efisiensi sebesar 210/300=0,70, atau 70%. Ini berarti, 30% energi terbuang ke lingkungan.

Pompa kalor

Pompa kalor, pendingin ruangan, dan lemari es menggunakan kerja untuk memindahkan panas dari area yang lebih dingin ke area yang lebih panas, sehingga fungsi kerjanya berlawanan dengan mesin kalor. Efisiensi mereka diukur dengan koefisien performa (COP). Karena pompa kalor pada dasarnya adalah konsep mesin kalor yang dibalik, efisiensi mereka juga dibatasi oleh efisiensi siklus Carnot. Namun karena pompa kalor memindahkan kalor dengan menggunakan kerja, bukan menggunakan kalor untuk menghasilkan kerja, maka efisiensi mereka dapat melebihi 100%.

\mathrm{COP}_{\mathrm{pendinginan}} \le \frac{T_C}{T_H - T_C}\,

Referensi

Howell John R and Buckius Richard O. 1987. Fundamentals of Engineering Thermodynamics. New York: McGraw-Hill

RIWAYAT HIDUP PRESCOOT JOULE

James Prescott Joule (lahir di Salford, Inggris, 24 Desember 1818 – meninggal di Greater Manchester, Inggris, 11 Oktober 1889 pada umur 70 tahun) ialah seorang ilmuwan Inggris. Ia dikenal sebagai perumus Hukum Kekekalan Energi, yang berbunyi,

“

Energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan.

”

Ia adalah seorang ilmuwan Inggris yang berminat pada fisika. Dengan percobaan, ia berhasil membuktkan bahwa panas (kalori) tak lain adalah suatu bentuk energi. Dengan demikian ia berhasil mematahkan teori kalorik, teori yang menyatakan panas sebagai zat alir.

Salah satu satuan energi—Joule—dinamai atasnya.

Biografi

James adalah putra kedua dari lima bersaudara. Ia berasal dari keluarga kaya. Ayahnya, Benjamin Joule, adalah seorang pengusaha yang mempunyai pabrik pembuatan bir. Walaupun berasal dari keluarga kaya, namun James tidak bisa bersekolah seperti anak-anak umumnya. James kecil menderita penyakit kelainan tulang belakang, yang membuatnya harus banyak beristirahat di rumah. Karena tidak bisa bersekolah, maka sang ayah pun mencarikan guru privat untuk mengajari James di rumah. Karena kondisi kesehatannya buruk, James tumbuh menjadi seorang yang pendiam dan pemalu.

Sebagai anak pengusaha kaya, James boleh dikatakan dapat melakukan apapun. Ia bebas membaca berbagai macam buku yang disukainya. James sangat tertarik pada listrik. Ia kerap kali melakukan percobaan seram dengan mengalirkan aliran arus listrik kecil ke tubuh pelayan-pelayannya.

Melihat James begitu menyukai sains, maka pada usia 16 tahun, ayahnya mengirim James ke Universitas Manchester. Di sana ia mengikuti beberapa pelatihan sains yang diajarkan oleh John Dalton. Sekembalinya dari pelatihan sains, ayah James membangun laboratorium itu pribadi di ruang bawah tanah bagi putranya. Di laboratorium itu, James melakukan berbagai eksperimen untuk menemukan hubungan antara energi panas dan listrik.

Pada tahun 1840, James menerbitkan sebuah karya ilmiah tentang panas yang dihasilkan oleh arus listrik. Lalu pada tahun 1843, ia menerbitkan kelanjutan karya ilmiahnya tentang bagaimana mengubah kerja menjadi panas. Ia melakukan eksperimen menggunakan roda berpedal. Akhirnya dari situ James merumuskan konsep fisika mengenaikesetaraan energi mekanik dan energi panas.

Empat tahun kemudian, ia berhasil merumuskan hukum kekekalan energi, yang merupakan hukum pertama dari hukum termodinamika. Hukum itu menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tapi dapat berubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya.

Pada tahun 1847 James bertemu dengan Lord Kelvin atau William Thomson, di acara diskusi sains. Lord Kelvin tertarik dengan penemuan-penemuan James dan karya-karya ilmiah yang pernah dipublikasikan. Ia pun mengajak James untuk bekerja sama. Dari kerja samanya, maka lahirlah suatu konsep fisika yang disebut Efek Joule-Thomson. Efek Joule-Thomson lalu berkembang menjadi ilmu yang memelajari tentang sifat materi pada suhu sangat rendah. Ilmu itu disebut Kriogenik

Kalor berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya rendah. Ada tiga cara perpindahan kalor: 1) Konduksi (hantaran), 2) Konveksi (aliran), dan 3)Radiasi (pancaran).

Mesin Carnot

Mesin Carnot adalah mesin kalor hipotetis yang beroperasi dalam suatu siklus reversibel yang disebut siklus Carnot. Model dasar mesin ini dirancang oleh Nicolas Léonard Sadi Carnot, seorang insinyur militer Perancis pada tahun 1824. Model mesin Carnot kemudian dikembangkan secara grafis oleh Émile Clapeyron 1834, dan diuraikan secara matematis oleh Rudolf Clausius pada 1850an dan 1860an. Dari pengembangan Clausius dan Clapeyron inilah konsep dari entropi mulai muncul.

Setiap sistem termodinamika berada dalam keadaan tertentu. Sebuah siklus termodinamika terjadi ketika suatu sistem mengalami rangkaian keadaan-keadaan yang berbeda, dan akhirnya kembali ke keadaan semula. Dalam proses melalui siklus ini, sistem tersebut dapat melakukanusaha terhadap lingkungannya, sehingga disebut mesin kalor.

Sebuah mesin kalor bekerja dengan cara memindahkan energi dari daerah yang lebih panas ke daerah yang lebih dingin, dan dalam prosesnya, mengubah sebagian energi menjadi usaha mekanis. Sistem yang bekerja sebaliknya, dimana gaya eksternal yang dikerjakan pada suatu mesin kalor dapat menyebabkan proses yang memindahkan energi panas dari daerah yang lebih dingin ke energi panas disebut mesin refrigerator.

Pada diagram di samping, yang diperoleh dari tulisan Sadi Carnot berjudul Pemikiran tentang Daya Penggerak dari Api (Réflexions sur la Puissance Motrice du Feu), diilustrasikan ada dua benda A dan B, yang temperaturnya dijaga selalu tetap, dimana A memiliki temperatur lebih tinggi daripada B. Kita dapat memberikan atau melepaskan kalor pada atau dari kedua benda ini tanpa mengubah suhunya, dan bertindak sebagai dua reservoir kalor. Carnot menyebut benda A "tungku" dan benda B "kulkas". Carnot lalu menjelaskan bagaimana kita bisa memperoleh daya penggerak (usaha), dengan cara memindahkan sejumlah tertentu kalor dari reservoir A ke B.

Diagram modern

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".

Teorema Carnot

Sebuah mesin nyata (real) yang beroperasi dalam suatu siklus pada temperatur

T_H

and

T_C

tidak mungkin melebihi efisiensi mesin Carnot.

Teorema Carnot adalah pernyataan formal dari fakta bahwa: Tidak mungkin ada mesin yang beroperasi di antara dua reservoir panas yang lebih efisien daripada sebuah mesin Carnot yang beroperasi pada dua reservoir yang sama. Artinya, efisiensi maksimum yang dimungkinkan untuk sebuah mesin yang menggunakan temperatur tertentu diberikan oleh efisiensi mesin Carnot,

$\eta=\frac{\Delta W}{\Delta Q_H}=1-\frac{T_C}{T_H} \quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad(1)$

Implikasi lain dari teorema Carnot adalah mesin reversibel yang beroperasi antara dua reservoir panas yang sama memiliki efisiensi yang sama pula.

Efisiensi maksimum yang dinyatakan pada persamaan diatas dapat diperoleh jika dan hanya jika tidak ada entropi yang diciptakan dalam siklus tersebut. Jika ada, maka karena entropi adalah fungsi keadaan, untuk membuang kelebihan entropi agar dapat kembali ke keadaan semula akan melibatkan pembuangan kalor ke lingkungan, yang merupakan proses irreversibel dan akan menyebabkan turunnya efisiensi. Jadi persamaan di atas hanya memberikan efisiensi dari sebuah mesin kalor reversibel.

CARA KERJA DAN PRINSIP RICE COOKER

Rice cooker pertama kali ditemukan oleh Yoshitada Minami. Pada tahun 1937, tentara Jepang mulai menjalankan prinsip kerja perangkat penanak nasi bertenaga listrik tersebut. Awalnya rice cooker yang digunakan terdiri dari wadah kayu tahan bocor dan lempengan logam bertenaga listrik. Lempengan logam tersebut berfungsi memanaskan wadah kayu yang sudah terisi beras dan air di dalamnya. Wadah kayu yang terus dipanaskan dengan logam pemanas, kemudian menjadikan beras di dalamnya masak. Saat itu, proses untuk mengubah beras menjadi nasi masih sangat lama karena wadah kayu yang digunakan belum dilengkapi penutup. Akibatnya, uap panas yang dihasilkan dari air mendidih di dalam wadah terbuang percuma ke udara bebas. Untuk menyingkat waktu, kemudian perangkat ini dilengkapi dengan tutup, sehingga uap panas bisa dimaksimalkan fungsinya di dalam wadah untuk menjadikan beras lebih cepat masak jadi nasi. Hasil dari penyempurnaan ini kemudian memunculkan ide Mitsubishi memproduksinya secara massal. Pada tahun 1945, perusahaan tersebut untuk pertama kalinya memproduksi dan memperdagangkan rice cooker. Jika tentara Jepang membuat rice cooker dengan wadah kayu, Mistubishi melengkapi perabotan ini dengan wadah aluminium. Dengan demikian, hantaran panas di dalam wadah bekerja lebih maksimal. Dampaknya, nasi di dalam wadah menjadi cepat sekali masak. Ditambah lagi, uap air yang terjebak di dalamnya akibat tertutup rapat, ikut menghasilkan panas yang mempercepat proses menanak nasi. Bagian-Bagian Luar Rice Cooker

SEJARAH RICE COOKER

Untuk menyingkat waktu, kemudian perangkat ini dilengkapi dengan tutup, sehingga uap panas bisa dimaksimalkan fungsinya di dalam wadah untuk menjadikan beras lebih cepat masak jadi nasi. Hasil dari penyempurnaan ini kemudian memunculkan ide Mitsubishi memproduksinya secara massal. Pada tahun 1945, perusahaan tersebut untuk pertama kalinya memproduksi dan memperdagangkan rice cooker.

Inovasi ini ternyata belum menjadi titik akhir bagi rice cooker. Pada tahun 1956, Toshiba menyempurnakan perabot ini secara signifikan. Saat itu, Toshima membuat produk membuat rice cooker yang secara otomatis berhenti bekerja begitu nasi yang dalamnya sudah masak. Inovasi ini menjadikan rice cooker bekerja lebih aman dibanding sebelumnya.

Toshiba meraih sukses besar dengan inovasinya. Dalam satu bulan, rata-rata 200 ribu rice cooker terserap pasar dalam negeri. Empat tahun setelah produk Toshiba ini diluncurkan, sekitar 50 persen warga Jepang melengkapi dapurnya dengan rice cooker.

Seiring perkembangan waktu, alat ini kemudian menembus pasar dunia dan dilengkapi fungsinya. Alat yang semula hanya bisa memasak nasi, kemudian dilengkapi dengan fungsi menghangatkan nasi, juga menghangatkan sayur-mayur. Namun demikian, sumber tenaga yang digunakannya tetap listrik.

PRINSIP KERJA RICE COOKER

Pada waktu menanak nasi, saklar akan terhubung dengan elemen pemanas utama, arus listrik langsung menuju ke elemen utama dan lampu rice cooking menyala. Ketika suhu pemanas mencapai maksimal dan nasi sudah matang maka thermostat trip (magnet dari otomatis) langsung menggerakkan tuas sehingga posisi saklar jadi berubah mengalirkan listrik menuju ke elemen penghangat nasi melewati thermostat.

Pada posisi penghangat ketika suhu thermostat sudah maksimal arus yang menuju ke elemen penghangat akan terputus otomatis, begitu pula ketika suhu pada thermostat berkurang maka otomatis arus menuju elemen penghangat akan terhubung kembali secara otomatis, proses ini akan berlangsung secara terus menerus.

PERAWATAN RICE COOKER

Perawatan pada rice cooker relative ringan, perawatan dilakukan terhadap fisik, kelistrikan dan sedikit bagian mekanik. Berikut beberapa tips cara merawat rice cooker :

1. Untuk menghindari agar nasi tidak menempel di bagian dasar panci, aduk sesering mungkin selama memasak.
2. pilih rice cooker dengan panci yang memiliki kekuatan panas merata dan hemat listrik karena akan mempengaruhi kualitas nasi yang dihasilkan.
3. Segera matikan/cabut power listrik jika nasi tinggal sedikit, sehingga anda dapat berhemat listrik.
4. Tunggu hingga cooker sudah dingin, angkat panci dalamnya, dan tuangkan air untuk merendam sisa-sisa nasi yang masih menempel. Lalu biarkan hingga sisa nasi terkelupas.
5. Cuci panci dengan spons lembut agar tidak menggores lapisan panci/Teflon
6. Bilas dengan air hangat setelah pencucian guna mengangkat bakteri-bakteri pada panci rice cooker usai digunakan.
7. Pastikan tidak ada sisa sabun yang tertinggal selama proses pencucian agar nasi yang dimasak nantinya tidak berbau sabun.
8. Segera keringkan panci dalam yang sudah dicuci.
9. Jangan lupa juga untuk membersihkan panci luarnya dengan lap lembut.

PERBAIKAN RICE COOKER

Bagian yang memungkinkan kerusakan pada rice cooker antara lain :

1. Kabel tenaga putus atau isolasi terkelupas

Cara perbaikannya bila memungkinkan diperbaiki/diisolasi pada bagian yang rusak, tetapi kalau kabel sudah cukup tua dan pendek sebaiknya diganti yang baru.

2. Saklar

bila kerusakan yang terjadi bagian seperti pegas/ kontak-kontaknya. Karena model saklarnya tidak umum dijual dipasaran, bila rusak memerlukan perbaikan atau dimodifikasi pada tukang service.

3. Elemen pemanas

biasanya disebabkan oleh kesalahan tegangan, dimana biasanya dipakai untuk tegangan 110 V kemudian dipakai pada tegangan 220 V. sebab lain karena kurangnya pemeliharaan sehingga pada bagian elemen atau bagian dasar rice cooker berkarat, sehingga pelindung elemen rusak dan putus atau terhubung singkat. Jadi untuk memperbaikinya, elemen pemanas harus diganti dengan yang baru.

Termokopel

termokopel

termokopel adalah sensor suhu yang banyak digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik (voltase). Termokopel yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup besar dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1 °C.

Prinsip Operasi

Pada tahun 1821, seorang fisikawan Estonia bernama Thomas Johann Seebeck menemukan bahwa sebuah konduktor (semacam logam) yang diberi perbedaan panas secara gradien akan menghasilkan tegangan listrik. Hal ini disebut sebagai efek termoelektrik. Untuk mengukur perubahan panas ini gabungan dua macam konduktor sekaligus sering dipakai pada ujung benda panas yang diukur. Konduktor tambahan ini kemudian akan mengalami gradiasi suhu, dan mengalami perubahan tegangan secara berkebalikan dengan perbedaan temperatur benda. Menggunakan logam yang berbeda untuk melengkapi sirkuit akan menghasilkan tegangan yang berbeda, meninggalkan perbedaan kecil tegangan memungkinkan kita melakukan pengukuran, yang bertambah sesuai temperatur. Perbedaan ini umumnya berkisar antara 1 hingga 70 microvolt tiap derajad celcius untuk kisaran yang dihasilkan kombinasi logam modern. Beberapa kombinasi menjadi populer sebagai standar industri, dilihat dari biaya, ketersediaanya, kemudahan, titik lebur, kemampuan kimia, stabilitas, dan hasil. Sangat penting diingat bahwa termokopel mengukur perbedaan temperatur di antara 2 titik, bukan temperatur absolut.

Pada banyak aplikasi, salah satu sambungan (sambungan yang dingin) dijaga sebagai temperatur referensi, sedang yang lain dihubungkan pada objek pengukuran. contoh, pada gambar di atas, hubungan dingin akan ditempatkan pada tembaga pada papan sirkuit. Sensor suhu yang lain akan mengukur suhu pada titik ini, sehingga suhu pada ujung benda yang diperiksa dapat dihitung. Termokopel dapat dihubungkan secara seri satu sama lain untuk membuat termopile, dimana tiap sambungan yang panas diarahkan ke suhu yang lebih tinggi dan semua sambungan dingin ke suhu yang lebih rendah. Dengan begitu, tegangan pada setiap termokopel menjadi naik, yang memungkinkan untuk digunakan pada tegangan yang lebih tinggi. Dengan adanya suhu tetapan pada sambungan dingin, yang berguna untuk pengukuran di laboratorium, secara sederhana termokopel tidak mudah dipakai untuk kebanyakan indikasi sambungan lansung dan instrumen kontrol. Mereka menambahkan sambungan dingin tiruan ke sirkuit mereka yaitu peralatan lain yang sensitif terhadap suhu (seperti termistor atau diode) untuk mengukur suhu sambungan input pada peralatan, dengan tujuan khusus untuk mengurangi gradiasi suhu di antara ujung-ujungnya. Di sini, tegangan yang berasal dari hubungan dingin yang diketahui dapat disimulasikan, dan koreksi yang baik dapat diaplikasikan. Hal ini dikenal dengan kompensasi hubungan dingin. Biasanya termokopel dihubungkan dengan alat indikasi oleh kawat yang disebut kabel ekstensi atau kompensasi. Tujuannya sudah jelas. Kabel ekstensi menggunakan kawat-kawat dengan jumlah yang sama dengan kondoktur yang dipakai pada Termokopel itu sendiri. Kabel-kabel ini lebih murah daripada kabel termokopel, walaupun tidak terlalu murah, dan biasanya diproduksi pada bentuk yang tepat untuk pengangkutan jarak jauh - umumnya sebagai kawat tertutup fleksibel atau kabel multi inti. Kabel-kabel ini biasanya memiliki spesifikasi untuk rentang suhu yang lebih besar dari kabel termokopel. Kabel ini direkomendasikan untuk keakuratan tinggi. Kabel kompensasi pada sisi lain, kurang presisi, tetapi murah. Mereka memakai perbedaan kecil, biasanya campuran material konduktor yang murah yang memiliki koefisien termoelektrik yang sama dengan termokopel (bekerja pada rentang suhu terbatas), dengan hasil yang tidak seakurat kabel ekstensi. Kombinasi ini menghasilkan output yang mirip dengan termokopel, tetapi operasi rentang suhu pada kabel kompensasi dibatasi untuk menjaga agar kesalahan yang diperoleh kecil. Kabel ekstensi atau kompensasi harus dipilih sesuai kebutuhan termokopel. Pemilihan ini menghasilkan tegangan yang proporsional terhadap beda suhu antara sambungan panas dan dingin, dan kutub harus dihubungkan dengan benar sehingga tegangan tambahan ditambahkan pada tegangan termokopel, menggantikan perbedaan suhu antara sambungan panas dan dingin

Termometer inframerah

termometer inframerah

Termometer inframerah menawarkan kemampuan untuk mendeteksi temperatur secara optik—selama objek diamati, radiasi energi sinar inframerah diukur, dan disajikan sebagai suhu. Mereka menawarkan metode pengukuran suhu yang cepat dan akurat dengan objek dari kejauhan dan tanpa disentuh – situasi ideal dimana objek bergerak cepat, jauh letaknya, sangat panas, berada di lingkungan yang bahaya, dan/atau adanya kebutuhan menghindari kontaminasi objek (seperti makanan, alat medis, obat-obatan, produk atau test, dll.).

Produk pengukur suhu inframerah tersedia di pasaran, mulai dari yang fleksibel hingga fungsi-fungsi khusus/Termometer standar (seperti gambar), hingga sistem pembaca yang lebih komplek dan kamera pencitraan panas. Ini adalah citra/gambar dari termometer inframerah khusus industri yang digunakan memonitor suhu material cair untuk tujuan kontrol kualitas pada proses manufaktur.

Termometers inframerah mengukur suhu menggunakan radiasi kotak hitam (biasanya inframerah) yang dipancarkan objek. Kadang disebut termometer laser jika menggunakanlaser untuk membantu pekerjaan pengukuran, atau termometer tanpa sentuhan untuk menggambarkan kemampuan alat mengukur suhu dari jarak jauh. Dengan mengetahui jumlah energi inframerah yang dipancarkan oleh objek dan emisi nya, Temperatur objek dapat dibedakan.

Desain utama terdiri dari lensa pemfokus energi inframerah pada detektor, yang mengubah energi menjadi sinyal elektrik yang bisa ditunjukkan dalam unit temperatur setelah disesuaikan dengan variasi temperatur lingkungan. Konfigurasi fasilitas pengukur suhu ini bekerja dari jarak jauh tanpa menyentuh objek. Dengan demikian, termometer inframerah berguna mengukur suhu pada keadaan dimana termokopel atau sensor tipe lainnya tidak dapat digunakan atau tidak menghasilkan suhu yang akurat untuk beberapa keperluan.

Beberapa kondisi umum adalah objek yang akan diukur dalam kondisi bergerak; objek dikelilingi medan elektromagnet, seperti pada pemanasan induksi; objek berada padahampa udara atau atmosfer buatan; atau pada aplikasi di mana dibutuhkan respon yang cepat.

Termometer inframerah dapat digunakan untuk beberapa fungsi pengamatan temperatur. Beberapa contoh, antara lain:

Mendeteksi awan untuk sistem operasi teleskop jarak jauh.
Memeriksa peralatan mekanika atau kotak sakering listrik atau saluran hotspot
Memeriksa suhu pemanas atau oven, untuk tujuan kontrol dan kalibrasi
Mendeteksi titik api/menunjukkan diagnosa pada produksi papan rangkaian listrik
Memeriksa titik api bagi pemadam kebakaran
Mendeteksi suhu tubuh makhluk hidup, seperti manusia, hewan, dll
Memonitor proses pendinginan atau pemanasan material, untuk penelitian dan pengembangan atau quality control pada manufaktur

Ada beberapa jenis alat pengukur temperatur inframerah yang tersedia saat ini, termasuk desain konfigurasi untuk penggunaan fleksibel dan portabel, selain desain-desain khusus untuk fungsi tertentu pada posisi tetap dalam jangka waktu yang lama

Beberapa spesifikasi sensor portabel tersedia untuk pengguna rumahan termasuk tingkat keakuratannya (biasanya kurang lebih satu-dua derajat), plus beberapa derajat dibawahnya untuk pengukuran umum. Rasio Jarak:Titika Api (D:S) menunjukkan perbandingan diameter luas pengukuran panas dengan jarak alat terhadap permukaan objek. Contoh, apabila luas permukaan objek anda satu cm persegi dan anda tidak dapat lebih dekat daripada 12 cm ke objek, anda membutuhkan sensor dengan D:S 12:1 atau lebih. Fungsi yang lain ialah ada sensor yang memakai emisivitas konstan ada pula yang harus diatur. Untuk yang konstan, anda tidak dapat mengatur keakuratan pembacaan pada permukaan yang terang (sebagian besar sensor dirancang untuk permukaan gelap). Sensor emitivitas konstan dapat dipakai pada permukaan terang hanya dengan menambahkan pita gelap pada permukaan benda atau mengecatnya.