Siklus Termodinamika

Dalam termodinamika, siklus berarti serangkaian proses termodinamika yang melibatkan perpindahan panas dan kerja dari dan keluar sistem, dibarengi dengan perubahan tekanan, temperatur, volume, entropi, dan variabel keadaan (state variable) lainnya, dimana pada akhirnya sistem kembali ke keadaan semula. Untuk menggambarkan perubahan variabel-variabel keadaan pada sebuah siklus, biasa digunakan diagram seperti diagram T-s, diagram P-v, dan sebagainya. Suatu proses yang tidak menimbulkan perubahan pada satu variabel keadaan tertentu biasa dinamai dengan istilah-istilah khusus sebagai berikut:

1. Adiabatik: tidak ada perpindahan panas dari dan ke sistem (Q = 0).
2. Isothermal: temperatur tetap (T = konstan).
3. Isobarik: tekanan tetap (P = konstan).
4. Isokhorik: volume tetap (V = konstan).
5. Isentropik: entropi tetap (s = konstan).

Secara umum, siklus bisa dibedakan menjadi dua: siklus mesin panas (heat engine cycle) atau lebih sering disebut siklus daya (power cycle) dan siklus pompa panas (heat pump cycle) / siklus refrigerasi (refrigeration cycle). Siklus daya melibatkan perpindahan panas dari dan keluar sistem sehingga menghasilkan kerja (Wout). Sebaliknya, pada siklus pompa panas ataupun refrigerasi, suatu kerja dimasukkan kedalam sistem sehingga perpindahan panas terjadi. Suatu siklus sering disebut ideal jika pada kenyataannya tidak bisa benar-benar diaplikasikan secara persis. Idealisasi tersebut mencakup tidak adanya perpindahan panas ataupun tidak adanya perubahan variabel keadaan tertentu pada suatu proses dalam siklus tersebut.

Siklus daya secara umum bisa dibedakan menjadi dua: siklus daya uap (vapor/steam power cycle) dan siklus daya gas (gas power cycle). Untuk masing-masing dari kedua kategori siklus tersebut, terdapat banyak jenis siklus yang bisa dibuat. Siklus daya uap ideal meliputi siklus daya uap Carnot dan siklus Rankine. Siklus daya uap Carnot memiliki efisiensi tertinggi. Hanya saja, siklus daya uap Carnot hampir mustahil diaplikasikan dalam kenyataan. Karena itulah dilakukan modifikasi sehingga muncullah siklus Rankine. Siklus Rankine dipakai pada turbin uap. Untuk meningkatkan efisiensi, bisa ditambahkan proses reheat dan/atau regenerasi pada siklus Rankine.

Adapun siklus daya gas ideal meliputi: siklus daya gas Carnot, siklus Otto, siklus Diesel, siklus ganda (dual cycle), dan siklus Brayton. Siklus daya gas memiliki efisiensi namun hampir mustahil bisa diaplikasikan dalam kenyataan. Siklus Otto dipakai pada mesin-mesin pengapian busi seperti mesin bensin. Siklus Diesel dipakai pada mesin Diesel. Siklus ganda merupakan kombinasi antara siklus Otto dan siklus Diesel. Sedangkan siklus Brayton dipakai pada turbin gas. Untuk meningkatkan efisiensi pada siklus Brayton, bisa ditambahkan reheat, regenerasi, dan/atau intercooling. Disamping itu, turbin gas bisa pula menggunakan siklus Ericsson atau siklus Stirling.