Ide untuk membuat kalkulator ini saya dapat dari materi yang saya kerjakan pada mata kuliah Termodinamika bersama Prof. Made seperti yang dapat dilihat pada Gambar 1. Pada saat mengerjakan salah satu contoh soal, saya melihat bahwa soal tersebut memiliki cukup banyak tahapan perhitungan, mulai dari mencari temperatur, perubahan entropi, kerja, kalor, sampai perhitungan anergy dan exergy. Dari situ saya berpikir bahwa perhitungan seperti ini sebenarnya bisa dibuat menjadi sebuah kalkulator sederhana, sehingga ketika nilai inputnya diubah, hasil perhitungannya juga bisa langsung diperoleh tanpa harus menghitung ulang satu per satu secara manual.
Gambar 1. Alur Pengerjaan Proses Polytropic
Contoh soal yang saya gunakan membahas proses polytropic pada udara. Data yang digunakan antara lain massa udara sebesar 10 kg, tekanan awal 100 kPa, temperatur awal 300 K, tekanan akhir 1000 kPa, indeks polytropic sebesar 1,35, serta kondisi lingkungan dengan temperatur 303 K. Dari data tersebut saya kumpulkan persamaan-persamaan yang digunakan pada contoh soal, kemudian saya tuliskan kembali di kertas agar lebih mudah melihat hubungan antara data yang diketahui dan hasil yang ingin dicari.
Beberapa persamaan yang saya gunakan adalah persamaan proses polytropic untuk mencari temperatur, yaitu pada Pers. 1. Setelah temperatur titik 2 diperoleh, persamaan yang sama digunakan untuk menentukan temperatur titik 3. Untuk perubahan entropi digunakan persamaan Pers. 2, sedangkan kerja proses polytropic dihitung dengan Pers.3. Selain itu, saya menggunakan persamaan perubahan energi dalam ฮU = mCv(TโโTโ) dan hubungan Q = ฮU + W untuk mencari kalor. Untuk bagian exergy, digunakan hubungan A = TโฮS dan ExQ = Q โ TโฮS. Persamaan-persamaan tersebut saya tuliskan berdasarkan langkah penyelesaian soal yang diberikan pada perkuliahan.
Pers. 1
Pers. 2
Pers. 3
Setelah persamaan dan data soal terkumpul, saya memfoto kertas yang berisi soal dan persamaan tersebut, kemudian memberikan foto tersebut kepada GPT. Saya meminta GPT untuk membantu membuat sebuah program kalkulator berbasis HTML yang dapat dimasukkan ke dalam blog. Jadi, saya tidak hanya meminta GPT membuat kalkulator secara langsung, tetapi terlebih dahulu memberikan soal, data, dan persamaan yang menjadi dasar perhitungannya. Dari informasi tersebut, GPT membantu mengubah perhitungan yang sebelumnya dilakukan secara manual menjadi program yang bisa menerima input dan memberikan hasil secara otomatis.
Kalkulator yang dibuat kemudian memiliki beberapa bagian input, seperti massa udara, tekanan awal, temperatur awal, tekanan akhir, indeks polytropic, temperatur lingkungan, Cp, dan Cv. Setelah tombol hitung ditekan, program akan menghitung nilai R dari CpโCv, kemudian mencari temperatur Tโ dan Tโ. Setelah itu program melanjutkan perhitungan perubahan entropi pada masing-masing proses, kerja, perubahan energi dalam, kalor, anergy, exergy kalor, dan kerugian exergy.
Cara kerja kalkulatornya pada dasarnya sama dengan cara saya menyelesaikan soal di kertas. Perbedaannya adalah langkah perhitungannya sudah dimasukkan ke dalam program. Jadi ketika salah satu nilai input diganti, misalnya tekanan akhir atau indeks polytropic, hasil perhitungan dapat langsung diperbarui. Menurut saya, bagian ini cukup membantu karena perhitungan yang terdiri dari banyak persamaan dapat dilakukan lebih cepat dan mengurangi pekerjaan menghitung ulang secara manual.
Dari proses ini saya juga belajar bahwa penggunaan GPT tidak hanya untuk mencari jawaban akhir dari suatu soal. Dalam pembuatan kalkulator ini, saya tetap menentukan sendiri contoh soal, mengumpulkan data dan persamaan dari materi kuliah, lalu memberikan informasi tersebut kepada GPT. GPT kemudian saya gunakan untuk membantu menerjemahkan langkah perhitungan tersebut menjadi kode HTML, CSS, dan JavaScript yang dapat dijalankan di dalam blog. Dengan cara ini, hasil perhitungan dari materi Termodinamika yang awalnya hanya ada di kertas bisa dibuat menjadi sebuah alat hitung sederhana yang dapat digunakan kembali dengan memasukkan data yang berbeda.
Kalkulator Analisis Proses Polytropic
Input Parameter
1. Hasil Temperatur dan Sifat Gas
2. Perubahan Entropi
3. Kerja, Energi Dalam, dan Kalor
| Besaran | Proses 1โ2 | Proses 2โ3 |
|---|---|---|
| Kerja W | – | – |
| ฮU | – | – |
| Kalor Q | – | – |
4. Anergy
5. Exergy Kalor
6. Kerugian Exergy
Persamaan yang Digunakan
Tโ/Tโ = (pโ/pโ)^((nโ1)/n)
2. Konstanta Gas
R = Cp โ Cv
3. Perubahan Entropi
ฮs = Cp ln(Tโ/Tโ) โ R ln(pโ/pโ)
4. Kerja Polytropic
W = mR(TโโTโ)/(1โn)
5. Perubahan Energi Dalam
ฮU = mCv(TโโTโ)
6. Kalor
Q = ฮU + W
7. Anergy
A = TโฮS
8. Exergy Kalor
ExQ = Q โ TโฮS
9. Kerugian Exergy
Exloss = TโSgen
Pada kalkulator ini, perhitungan dimulai dari data awal berupa massa udara, tekanan awal, temperatur awal, tekanan akhir, indeks polytropic, temperatur lingkungan, serta nilai Cp dan Cv. Dari nilai Cp dan Cv terlebih dahulu dicari konstanta gas dengan persamaan (R=C_p-C_v). Setelah itu, temperatur pada titik 2 dicari menggunakan hubungan proses polytropic, yaitu (T_2/T_1=(p_2/p_1)^{(n-1)/n}). Setelah nilai (T_2) diperoleh, tekanan pada titik 3 dianggap kembali ke tekanan awal, sehingga temperatur (T_3) dapat dihitung menggunakan persamaan polytropic yang sama. Dengan cara ini, program dapat menentukan kondisi temperatur pada setiap titik berdasarkan data yang dimasukkan.
Setelah temperatur diperoleh, perhitungan dilanjutkan ke perubahan entropi. Untuk gas ideal digunakan persamaan.
Hasil perubahan entropi spesifik kemudian dikalikan dengan massa untuk mendapatkan perubahan entropi total dalam satuan kJ/K. Perhitungan ini dilakukan untuk proses 1โ2 dan proses 2โ3. Karena proses 2โ3 merupakan proses kebalikan dari 1โ2, nilai perubahan entropinya memiliki tanda yang berlawanan. Dari kedua nilai tersebut kemudian dapat dilihat perubahan entropi total selama kedua proses dan selisih perubahan entropinya sesuai dengan yang diminta pada soal.
Selanjutnya program menghitung kerja yang terjadi selama proses menggunakan persamaan kerja polytropic.
Persamaan ini digunakan untuk proses 1โ2 dan kembali digunakan untuk proses 2โ3. Tanda pada hasil kerja menunjukkan arah kerja. Pada proses kompresi 1โ2, kerja bernilai negatif karena kerja diberikan ke sistem, sedangkan pada proses 2โ3 kerja bernilai positif karena sistem melakukan kerja. Setelah kerja diketahui, perubahan energi dalam dihitung menggunakan persamaan
Nilai kalor kemudian diperoleh dari hubungan hukum pertama termodinamika, yaitu (Q=Delta U+W). Dengan urutan ini, program dapat menentukan hubungan antara kerja, perubahan energi dalam, dan kalor pada masing-masing proses.
Untuk bagian anergy dan exergy, temperatur lingkungan (T_0) digunakan sebagai kondisi pembanding. Anergy dihitung menggunakan (A=T_0\Delta S), sehingga perubahan entropi yang sebelumnya sudah dihitung dapat langsung digunakan untuk mendapatkan nilai anergy. Selanjutnya exergy yang berhubungan dengan perpindahan kalor dihitung menggunakan (Ex_Q=Q-T_0\Delta S). Pada contoh soal ini proses dianggap reversible, sehingga tidak terdapat pembangkitan entropi atau (S_{gen}=0). Oleh karena itu, kerugian exergy yang dihitung dari (Ex_{loss}=T_0S_{gen}) juga menjadi nol.
Secara keseluruhan, cara kerja kalkulator ini dibuat mengikuti urutan penyelesaian soal yang saya kerjakan secara manual. Data dimasukkan terlebih dahulu, kemudian program menghitung (R), (T_2), dan (T_3), dilanjutkan dengan perubahan entropi, kerja, perubahan energi dalam, kalor, anergy, exergy, dan terakhir kerugian exergy. Jadi, ketika pengguna mengganti salah satu data input, seluruh hasil akan dihitung kembali secara otomatis. Dengan cara ini, proses yang sebelumnya harus dihitung satu per satu di kertas dapat dicoba dengan lebih cepat menggunakan kalkulator yang dibuat melalui HTML dan JavaScript.
Hafidz Zakiyun Alrasyid.
