BAB 1 Energi : Pengertian, Konsep, dan Satuan

Ukuran: px

Mulai penontonan dengan halaman:

Download "BAB 1 Energi : Pengertian, Konsep, dan Satuan"

Yulia Darmali
7 tahun lalu
Tontonan:

1 BAB Energi : Pengertian, Konsep, dan Satuan. Pengenalan Hal-hal yang berkaitan dengan neraca energi : Adiabatis, isothermal, isobarik, dan isokorik merupakan proses yang digunakan dalam menentukan suatu kondisi dimana tidak terjadi perubahan dalam proses. Konsep-konsep seperti fungsi tetap (state function) atau variabel merupakan konsep yang penting untuk dipahami.. Variabel Intensif atau biasa disebut dengan state variable : Menunjukkan hasil akhir yang diperoleh, tidak memperhatikan lintasan seperti ditunjukkan gambar. Contoh : Temperatur dan tekanan T A B p Gambar. Perubahan nilai state variable yang sama pada masing-masing lintasan Satuan energi pada sistem SI : Joule (J) A dan B dari ke.

2 Satuan energi dalam sistem AE (American Engineering) : Btu, (ft) (lb f ), dan (kw) (hr).satuan kalori sering digunakan pada bungkus makanan untuk menunjukkan suatu informasi mengenai jumlah kalori, tetapi kalori yang digunakan sebenarnya tidak tepat. kalori merupakan energi untuk menaikkan temperatur ml air sebesar o C. Akan tetapi, kalori yang digunakan pada bungkus makanan tidak sesuai dengan pengertian di atas. Sebenarnya hal yang sering disebut kalori pada diinformasi tersebut adalah kilokalori (kcal). kilokalori (kcal) = 000 kalori (dalam pengertian thermokimia) yang merupakan energi untuk menaikkan temperatur L air sebesar o C. Jadi misal penyebutan informasi dalam bungkus makanan tersebut adalah kalori, maka kita dapat menghitung energi sesungguhnya dalam Joule/jam yaitu 000 kcal 000 cal hari kcal 4,84J cal hari 4 jam J / jam Tabel. Istilah-istilah dalam neraca energi. Kata Pengertian Gambar Sistem (system) Lingkungan Jumlah zat atau wilayah dari suatu bagian yang dipilih Semua hal diluar sistem batas (boundary) (surroundings) Batas (Boundary) Suatu permukaan yang dapat berupa bentuk sesungguhnya atau permukaan yang dimisalkan, tetap atau dapat bergerak untuk memisahkan sistem dengan lingkungan Sistem terbuka (open system/flow Sistem yang terbuka untuk terjadinya perpindahan massa, panas, dan kerja dengan lingkungan system)

3 (Lanjutan tabel ) Kata Pengertian Gambar Sistem tertutup Sistem dimana tidak terjadi perpindahan (close massa dengan lingkungan. Tetapi, panas system/nonflow dan kerja dapat mengalami perpindahan system) Properti (Property) Karakteristik suatu sistem yang dapat diamati atau dihitung seperti tekanan, suhu, volum dal lain-lain. Keadaan (State) Kondisi suatu sistem yang dijelaskan khusus dalam nilai suhu, tekanan, komposisi dsb. Keadaan tetap Akumulasi pada sistem bernilai nol, (Steady state) aliran masuk dan keluar konstan, properti dalam sistem tidak berubah. Keadaan tidak Akumulasi pada sistem tidak bernilai nol, tetap (Unsteady aliran masuk dan keluar tidak konstan, state/transient) properti dalam sistem berubah. Kesetimbangan Properti pada sistem tidak bervariasi (equilibrium) sehingga mengalami kondisi kesetimbangan, misalnya kesetimbangan thermal, mekanik, fasa, dan kimia. Fasa (Phase) Suatu bagian atau keseluruhan dari sistem yang secara makroskopik bersifat homogen pada variabel komposisi seperti gas, cair, atau padatan

4 Tabel Istilah-istilah tambahan pada neraca energi Kata Pengertian Gambar Sistem Adiabatis Sistem dimana tidak terjadi (Adiabatic system) perpindahan panas dengan lingkungan selama proses berlangsung (isolasi sempurna). Sistem Isotermal Sistem dimana temperatur tetap selama (Isothermal proses berlangsung. system) Sistem Isobarik Sistem dimana tekanan tetap selama (Isobaric system) proses berlangsung. Sistem Isokorik (Isochoric system) Variabel keadaan (State function) (Point function) Variabel lintasan (Path variable/ function) Sistem dimana volume tetap selama proses berlangsung. Semua variabel atau fungsi dimana nilainya tergantung hanya pada keadaan sistem dan tidak pada keadaan sebelumnya, contohnya energi dalam. Semua variabel atau fungsi dimana nilainya tergantung pada bagaimana proses berlangsung dan dapat berbeda dengan keadaan sebelumnya, contohnya panas dan kerja.. Bentuk-bentuk energi. Work (W) keadaan keadaan F. ds (.) dimana F adalah gaya eksternal dan s adalah arah vector gaya bekerja Work atau kerja positif (+) saat sistem menerima kerja dari lingkungan Work atau kerja negatif (-) saat sistem melakukan kerja terhadap lingkungan

5 . Heat (Q) Energi total yang mengalir pada sistem boundary yang disebabkan oleh perbedaan temperatur antara sistem dengan lingkungan. Pada proses adiabatic, Q = 0. Heat akan bertanda positif (+) saat ditransfer ke sistem Q UA( T T) (.) dimana : Q : rate transfer panas (J/s) A : luas area heat transfer (m ) ( T T) : perbedaan temperatur antara lingkungan (T ) dan sistem (T ) ( o C) 3. Energi Kinetik (EK) mv EK (.3) Dimana : m : massa (kg) v : kecepatan (m/s) 4. Energi Potensial (EP) EP m g h (.4) Dimana : m : massa (kg) g : percepatan gravitasi (m/s ) h : ketinggian (m) 5. Energi Dalam ( Ȗ) Ȗ = Ȗ - Ȗ = U U T d U Cv dt (.5) T

6 Dimana : Ȗ : energi internal (fungsi temperatur) Cv : Kapasitas panas pada volume tetap (J/(kg)(K)) T : Temperatur 6. Entalpi ( H ) H T H H H d H Cp dt H T (.6) H : Entalpi (fungsi temperatur) Cp : Kapasitas panas pada tekanan tetap (J/(kg)(K)) T : Temperatur Contoh Soal. Perhitungan Kerja Mekanis oleh Piston Gas Ideal pada temperatur 300 K dan 00 K ditempatkan disilinder tertutup dengan sebuah piston yang diasumsikan tanpa friksi di dalamnya, gas perlahan di menekan piston sehingga piston bergerak dan volume gas di dalam silinder berekspansi seperti ditunjukkan gambar C.. Gambar C.a Hitung besar kerja yang dilakukan oleh gas pada piston jika dua cara digunakan dari bagian awal () ke bagian akhir () Cara (Path) A : Ekspansi terjadi pada tekanan konstan (isobarik) : p = 00 kpa Cara (Path) B : Ekspansi terjadi pada temperatur konstan (isotermal) : T = 300 K Penyelesaian : Asumsi :

7 ) Tidak ada friksi pada piston ) Proses ideal (terjadi pelan-pelan) 3) Pergerakan piston pada boundary yaitu state sampai dengan state Basis : Jumlah Gas 3 00 kpa 0.m ( kgmol) ( K) n kgmol K 8.34( kpa) ( m ) Kerja mekanik yang dilakukan sistem pada piston per unit luas W keadaan v. Ads keadaan F A v p dv Tanda negatif merupakan tanda bahwa sisem melakukan kerja Cara A : Gambar C.b W v p v dv p( v v ) x0 Pa N 0.m J W 0 kj ( m ) ( Pa) ( N) ( m) Cara B : W v v nrt V dv V nrt ln V

8 kgmol 8.34 kj 300 K W ln 0 ln kj ( kgmol) ( K) Contoh Soal. Perhitungan Energi Dalam Berapa perubahan energi dalam saat 0 kg mol udara didinginkan dari 60 o C menjadi 30 o C pada proses volume konstan? Penyelesaian : Menggunakan Cv karena proses terjadi pada volume konstan. Nilai Cv untuk range temperatur tersebut adalah. x 0 4 J/(kg mol) ( o C), sehingga energi dalam : 30 U 60 o o C C.x0 6.3 x0 6 J 4 J ( kgmol) o dt C.x0 5 (30 60) Soal!. Sebuah silinder mengandung N pada tekanan 00 kpa dan suhu 80 o C. Sebagai hasil dari pendinginan pada saat malam hari, tekanan silinder berkurang menjadi 90 kpa dan suhu 30 o C. Berapa kerja yang dilakukan oleh gas?. Gas nitrogen pada sebuah silinder mempunyai 4 tahapan proses ideal seperti pada gambar S. Gambar S. Hitung kerja yang dilakukan oleh gas pada masing-masing tahapan (dalam satuan Btu)

dokumen-dokumen yang mirip

AZAS TEKNIK KIMIA (NERACA ENERGI) PRODI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

AZAS TEKNIK KIMIA (NERACA ENERGI) PRODI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG KESETIMBANGAN ENERGI Konsep dan Satuan Perhitungan Perubahan Entalpi Penerapan Kesetimbangan Energi Umum