THERMODINAMIKA. Oleh: Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan.

Transkripsi

1 THERMODINAMIKA Oleh: Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan PROGRAM STUDI TEKNIK PERMINYAKAN FAKULTAS TEKNOLOGI MINERAL UPN VETERAN YOGYAKARTA Thermo / I / 1 Materi: THERMODINAMIKA 1. Pendahuluan. Konsep-Konsep Dasar Termodinamika 3. Zat Murni 4. Gas Sempurna (Perfect Gas) 5. Proses Reersible & Irreersible Pustaka: 1. Eastop, T.D. & McConkey, M., (198) Applied Thermodynamics For Engineering Technologists, Longman, London, New York.. Kyle, B.G., (199), Chemical and Process Thermodynamics, Prentice-Hall of India, New Delhi. Thermo / I / TUJUAN INSTRUKSIONAL UMUM Mahasiswa dapat mengerti/memahami bahwa termodinamika adalah ilmu pengetahuan yang berkaitan dengan pembangkitan panas (heat generation), aliran panas (heat flow), dan hubungan antara panas dan bentuk energi lainnya (seperti energi kimia, energi mekanik, dan energi listrik). Thermo / I / 3

2 Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Some application areas of thermodynamics. Thermo / I / 4 I PENDAHULUAN Tujuan Instruksional Khusus: Mhs mampu menjelaskan tentang: 1.1. Istilah-Istilah (Terminologies) Termodinamika 1.. Variabel-Variabel dan Kuantitas-Kuantitas Termodinamika 1.3. Keadaan Fluida Kerja (Working Fluid) 1.4. Reersibilitas (Reersibility) Thermo / I / Istilah-Istilah (Terminologies) Termodinamika Sistem (System): Bagian dari suatu benda atau ruang yang akan dipelajari atau dianalisis. Sistem mungkin berada dalam batasan nyata ataupun imaginer. Keadaan (State): menunjukkan keberadaan kondisi sistem Lingkungan (Surrounding): Daerah di luar sistim Thermo / I / 6 BAB I Pendahuluan YDH THERMODINAMIKA

3 Sistem Tertutup (Closed System): Sistem yang TIDAK memindahkan atau menukarkan massa ke lingkungan (massa tetap), tapi mungkin panas dan kerja dapat melintas batas sistem. LINGKUNGAN Batas (Boundary) Heat or Work Exchange SISTEM m = tetap NO MASS Exchange Sistem Terbuka (Open System) : Sistem yang DAPAT memindahkan atau menukarkan massa, panas, dan kerja ke lingkungan LINGKUNGAN Batas (Boundary) Heat or Work Exchange SISTEM MASS Exchange Thermo / I / 7 Sistim Terisolasi (Isolated System) : Sistem yang TIDAK DAPAT memindahkan atau menukarkan massa, panas, dan kerja ke lingkungan. Sistem Isotermal (Isothermal System) : Jika proses yang terjadi pada sistem (open or closed system) berlangsung pada suhu konstan. Sistem Adiabatis (Adiabatic System) : Jika proses yang terjadi pada sistem (open or closed system) tanpa pertukaran panas dengan lingkungan. Thermo / I / Sifat (Property) Sistem Sifat yang dimiliki sistem; contohnya: tekanan, suhu, olume, massa Sifat Ekstensif (Extensie Property): Sifat yang TERGANTUNG pada ukuran sistem; contoh: olume, massa, energi total. Sifat Intensif (Intensie Property): sifat yang TIDAK TERGANTUNG pada ukuran sistem; contoh: suhu, tekanan, densitas atau olume spesifik. Thermo / I / 9 BAB I Pendahuluan YDH THERMODINAMIKA 3

4 Jika sistem homogen, sifat ekstensif dapat diubah menjadi sifat intensif dengan cara P roperti P roperti Ekstensif Intensif = P roperti Spesifik Kuantitas Total Sistem Misal: Volume mass Specific Volume Energy Specific Energy mass Thermo / I / 10 Suhu: ukuran numerik dari derajat panas (degree of hotness) T O ( F ) O T ( C) 3 = 9 5 T O O ( F ) = 1,8 T ( C) + 3 Suhu Absolut : SI (Kelin) : T (K) = T( o C) + 73,15 T( o C) + 73 British (Rankine) : T (R) = T(oF) + 459,67 T( o C) Thermo / I / 11 Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Comparison of temperature scales. Thermo / I / 1 BAB I Pendahuluan YDH THERMODINAMIKA 4

5 Pressure: didefinisikan sebagai Gaya per satuan Luas. dapat diukur dengan Manometer atau Bourdon Gauge SI : N/m = Pascal = Pa; 1 bar = 10 5 Pa; 1 atm = bar Tekanan di bawah atmospheric Tekanan Vakum Jika pipa U berisi cairan (misalnya, air atau merkuri) 1 N N 1 mm H O = x = m m 1 N 1 mm Hg = = 10 m x13.6 x (dimana, 1 m 3 H O beratnya 9810 N) N m SYSTEM Surrounding Vacuum Pressure Perfect Vacuum Surrounding Atmospheric Pressure Manometer Barometer Thermo / I / 13 Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Absolute, gage, and acuum pressures. Thermo / I / 14 Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. The pressure is the same at all points on a horizontal plane in a gien fluid regardless of geometry, proided that the points are interconnected by the same fluid. Thermo / I / 15 BAB I Pendahuluan YDH THERMODINAMIKA 5

6 Kerja (Work): Produk dari sebuah gaya (Force) dan jarak perpindahannya dw = F dl W = F dl Satuan N.m = Joule = J Dalam termodinamika teknik, kerja dapat terjadi akibat dari ekspansi atau kontraksi fluida Surrounding System (gas) Piston dv W = FdL = PA = P dv A W = P dv Well-insulated P dan T sistem naik, energi intrinsik naik, karena sistem terinsulasi dengan baik, panas tidak dapat mengalir dari atau ke sistim. Kerja yang dilakukan oleh piston menyebabkan naiknya energi intrinsik gas. Thermo / I / 16 Heat flow Heat flow System Heat flow Heat flow Pada sistem tanpa insulasi, tidak ada kerja yang dilakukan atau yang diberikan sistem, tapi P dan T gas naik karena sistem menerima panas, sehingga energi intrinsik gas naik. Naiknya energi intrinsik gas ini disebabkan oleh panas yang ditambahkan ke sistem. Thermo / I / 17 Panas (Heat) Seperti suhu, panas (heat) adalah sesuatu yang tampaknya sudah dikenal baik (familiar) tapi sulit untuk didefinisikan. Seperti kerja, panas akan mempunyai arti jika terjadi perubahan pada sistem. Panas dinyatakan dengan Joule (J) atau kalori Jika dua sistem mempunyai suhu yang berbeda (T 1 >T ) saling berkontak, maka ke-dua sistem akan mencapai suhu yang sama, dengan kata lain panas mengalir (berpindah) dari sistem yang lebih panas (T 1 ) ke sisitem yang lebih dingin (T ). Hot milk (T 1 ) Cold water (T ) Perpindahan panas dari Sistem-1 (hot milk) ke Sistem- (cold water) sampai kedua sistem mencapai suhu yang sama. Thermo / I / 18 BAB I Pendahuluan YDH THERMODINAMIKA 6

7 Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Sulfuric acid and nitric acid are formed when sulfur oxides and nitric oxides react with water apor and other chemicals high in the atmosphere in the presence of sunlight Thermo / I / Keadaan Fluida Kerja (Working Fluid) Fluida: zat yang dapat mengalir/berpindah dari satu tempat ke tempat lain, misalnya zat cair, uap atau gas working fluid Sifat termodinamika: tekanan, suhu, olume spesifik, energi internal, entalpi dan entropi. Namun, untuk fluida kerja murni, hanya diperlukan dua sifat (property) untuk mendefinisikan/menyatakan fluida kerja tersebut secara lengkap Diagram Thermo / I / 0 Contoh: fluida di dalam silinder pada P 1 dan 1 (state-1 pada diagram P s ), jika piston berpindah, keadaan fluida juga berubah pada P dan (state-). Karena keadaan (state) telah didefinisikan, suhu (T) dapat ditemukan dan titiknya dapat diplot seperti pada diagram P s T dan T s. P P 1 1 T 1 T P s P s T T s Diagram termodinamika penting: P- diagram, T-S diagram, H-S-P diagram Thermo / I / 1 BAB I Pendahuluan YDH THERMODINAMIKA 7

8 1.4. Reersibilitas (Reersibility) Ketika sistem mengalami perubahan keadaan, titik-titik keadaan (state points) yang dilalui oleh sistem dapat diplotkan ke dalam diagram. Reersibilitas (Reersibility): jika fluida mengalami proses reersible, maka baik fluida maupun lingkungannya dapat selalu dikembalikan ke keadaan semula. Surrounding System (gas) Well-insulated Piston Proses reersible antara dua keadaan dapat digambarkan sebagai sebuah alur/pola kontinyu pada diagram P ersus disamping. P 1 P s Thermo / I / P 1 P s Kenyataannya, fluida dalam sebuah proses tidak dapat dijaga pada keadaan setimbang sehingga alur kontinyu tidak dapat dirunut pada sebuah diagram, sehingga proses nyata ini kemudian disebut sebagai proses irreersible. Prosess irreersible biasanya diilustrasikan dengan garis putus-putus yang menunjukkan bahwa kondisi tengah (intermediate) tidak dapat ditentukan. Thermo / I / 3 Kriteria-kriteria reersibility 1. Proses harus tidak ada gesekan, fluida tidak mempunyai friksi internal (internal friction) dan tidak ada friksi mekanik (mechanical friction); contohnya: antara silinder dan piston.. Perbedaan tekanan antara fluida dan lingkungannya selama proses kecil sekali. Hal ini berarti, proses harus berlangsung sangat lambat, karena gaya untuk mempercepat sistim mencapai batas akhir sangat kecil. 3. Perbedaan suhu antara fluida dan lingkungannya selama proses sangat kecil. Hal ini berarti, panas yang diberikan atau ditolak ke atau dari fluidanya harus ditransfer dengan sangat pelan Oleh karena itu, dari kriteria-kriteria di atas, jelas bahwa tidak ada proses dalam kenyataan yang benar-benar reersible. Akan tetapi, dalam beberapa proses nyata sering digunakan pendekatan proses reersible. Thermo / I / 4 BAB I Pendahuluan YDH THERMODINAMIKA 8