Soal-soal Hukum Kedua Termodinamika dan penyelesaiannya

1. Sebuah refrigerator memiliki rating COP 4. Ruangan beku yang didinginkannya membutuhkan laju pendinginan puncak sebesar 30000 kJ/jam. Berapakah besarnya motor (dalam daya kuda) yang dibutuhkan untuk refrigerator tersebut?
   Penyelesaian:
   Definisi dari COP untuk refrigerator adalah COP_R = Q_L/W_net. Maka daya neto yang dibutuhkan adalah
    
   atau 2,793 hp
2. Sebuah mesin kalor Carnot menghasilkan 10 hp dengan cara memindahkan energi di antara dua penampung pada 40^oF dan 212^oF. Hitunglah kecepatan perpindahan kalor dari penampung temperatur tinggi.
   Penyelesaian:
   Efisiensi mesinnya adalah
    
   Efisiensi juga diberikan melalui  Jadi,
   
   
3. Seorang penemu mengusulkan sebuah mesin yang dioperasikan di antara lapisan permukaan laut yang hangat pada 27^oC dan lapisan beberapa meter di bawahnya pada 10^oC. Sang penemu mengajukan klaim bahwa mesin tersebut menghasilkan 100 kW dengan cara memompa 20 kg/s air laut. Apakah ini mungkin? Asumsikan (C_P)_{air laut}  4,18 kJ/kgK.
   Penurunan temperatur maksimum untuk air laut adalah 17^oC. Maka kecepatan perpindahan kalor maksimum dari air bertemperatur tinggi adalah
   Maka efisiensi dari mesin yang diusulkan ini adalah  = 100/1421 = 0,0704 atau 7,04%. Efisiensi dari mesin Carnot yang dioperasikan di antara dua temperatur yang sama adalah
   atau 5,67%
   Efisiensi dari mesin yang diusulkan tersebut melampaui efisiensi mesin carnot; maka apa yang diklaim oleh penemu tersebut adalah tidak mungkin. 
   
   
4. Sebuah perusahaan penyedia listrik ingin mengunakan air tanah panas dari sebuah mata air panas untuk menggerakkan sebuah mesin panas. Jika air tanah berada pada 95^oC, estimasikanlah keluaran daya maksimumnya jika fluks massa sebesar 0,2 kg/s dapat dicapai. Atmosfer berada pada 20^oC.
   
   Penyelesaian:
   Efisiensi maksimum yang mungkin dicapai adalah 
   
   Dengan mengasumsikan bahwa air dikeluarkan pada temperatur atmosfer. Kecepatan perpindahan kalor dari sumber energi tersebut adalah
   
   Maka besarnya keluaran daya maksimum adalah
   
5. Dua mesin Carnot dioperasikan secara seri di antara dua penampung yang masing-masing dijaga pada 600^oF dan 100^oF. Energi yang dibuang oleh mesin pertama dimasukkan ke mesin kedua. Jika efisiensi dari mesin pertama adalah 20% lebih besar daripada efisiensi mesin kedua, hitunglah temperatur di antaranya.
   
   Penyelesaian:
   Efisiensi dari kedua mesin adalah
      
   Di mana T adalah temperatur antara dalam ^oR yang tiddak diketahui. Diberikan bahwa η₁ = η₂ +0,2 η₂. Dengan memasukkan nilai-nilai untuk η₁ dan η₂ diperoleh
   
   Atau
   T²+212T – 712 320 = 0       jadi, T = 744,6^oF
    
   
   
   Sumber: Potter, Merle C dan Somerton, Craig W. 2008. Termodinamika Teknik. Erlangga: Jakarta.