THERMODINAMIKA. Oleh: Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan

THERMODINAMIKA Oleh: Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan http://ydhermawan.wordpress.com/

PROGRAM STUDI TEKNIK PERMINYAKAN FAKULTAS TEKNOLOGI MINERAL UPN “VETERAN” YOGYAKARTA Thermo / I / 1

Dr. Eng. Y. Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY

THERMODINAMIKA Materi: 1. Pendahuluan 2. Konsep-Konsep Dasar Termodinamika 3. Zat Murni 4. Gas Sempurna (Perfect Gas) 5. Proses Reversible & Irreversible Pustaka: 1. Eastop, T.D. & McConkey, M., (1982) “Applied Thermodynamics For Engineering Technologists”, Longman, London, New York. 2. Kyle, B.G., (1992), “Chemical and Process Thermodynamics”, Prentice-Hall of India, New Delhi. Thermo / I / 2


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

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 1.2. Variabel-Variabel dan Kuantitas-Kuantitas Termodinamika 1.3. Keadaan Fluida Kerja (Working Fluid) 1.4. Reversibilitas (Reversibility)

Thermo / I / 5


1.1. 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


BAB I Pendahuluan

Thermo / I / 6

YDH – THERMODINAMIKA – 2

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)

SISTEM m = tetap

Heat or Work Exchange

NO MASS Exchange

Sistem Terbuka (Open System) : Sistem yang DAPAT memindahkan atau menukarkan massa, panas, dan kerja ke lingkungan LINGKUNGAN MASS Exchange

Batas (Boundary) SISTEM Heat or Work 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 / 8


1.2. Sifat (Property) Sistem Sifat yang dimiliki sistem; contohnya: tekanan, suhu, volume, massa

Sifat

Ekstensif

(Extensive

Property):

Sifat

yang

TERGANTUNG pada ukuran sistem; contoh: volume, massa, energi total. Sifat Intensif (Intensive Property): sifat yang TIDAK TERGANTUNG pada ukuran sistem; contoh: suhu, tekanan, densitas atau volume spesifik.


BAB I Pendahuluan

Thermo / I / 9


Jika sistem homogen, sifat ekstensif dapat diubah menjadi sifat intensif dengan cara

P roperti Intensif =

P roperti Ekstensif ≡ P roperti Spesifik Kuantitas Total Sistem

Misal:

Volume ≡ Specific Volume mass Energy ≡ Specific Energy mass

Thermo / I / 10


Suhu: ukuran numerik dari derajat panas (degree of hotness)

T

( F ) − 32 = 9 T ( C) 5 O

O

⇒ T

( F ) = 1,8 T ( C ) + 32 O

O

Suhu Absolut : Æ SI (Kelvin) : T (K) = T(oC) + 273,15

≅ T(oC) + 273

Æ British (Rankine) : T (R) = T(oF) + 459,67

≅ T(oC) + 460

Thermo / I / 11



Comparison of temperature scales.


BAB I Pendahuluan

Thermo / I / 12


Pressure: Æ didefinisikan sebagai Gaya per satuan Luas. Æ dapat diukur dengan Manometer atau Bourdon Gauge Æ SI : N/m2 = Pascal = Pa; 1 bar = 105 Pa; 1 atm = 1.01325 bar Æ Tekanan di bawah atmospheric Æ Tekanan Vakum Æ Jika pipa U berisi cairan (misalnya, air atau merkuri)

1 mm H 2O = 1 mm Hg =

N N 1 x 9806.65 2 = 9.81 2 (dimana, 1 m3 H2O beratnya 9810 N) 3 m m 10 1 N N x 13.6 x 9806.65 2 = 133.4 2 103 m m Surrounding Perfect Vacuum

SYSTEM

Surrounding

Vacuum Pressure Manometer

Atmospheric Pressure Barometer

Thermo / I / 13



Absolute, gage, and vacuum pressures.

Thermo / I / 14



The pressure is the same at all points on a horizontal plane in a given fluid regardless of geometry, provided that the points are interconnected by the same fluid.


BAB I Pendahuluan

Thermo / I / 15


Kerja (Work): Produk dari sebuah gaya (Force) dan jarak perpindahannya

dW = F dL ⇒ W = ∫ F dL

Satuan Æ N.m = Joule = J

Dalam termodinamika teknik, kerja dapat terjadi akibat dari ekspansi atau kontraksi fluida Surrounding

⎛ dV ⎞ W = FdL = PA⎜ ⎟ = P dV ⎝ A ⎠

Piston

System (gas)

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

Heat flow

System

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 (T1>T2) saling berkontak, maka ke-dua sistem akan mencapai suhu yang sama, dengan kata lain panas mengalir (berpindah) dari sistem yang lebih panas (T1) ke sisitem yang lebih dingin (T2). Hot milk (T1)

Cold water (T2)


BAB I Pendahuluan

Perpindahan panas dari Sistem-1 (hot milk) ke Sistem-2 (cold water) sampai kedua sistem mencapai suhu yang sama.

Thermo / I / 18



Sulfuric acid and nitric acid are formed when sulfur oxides and nitric oxides react with water vapor and other chemicals high in the atmosphere in the presence of sunlight.

Thermo / I / 19

1-10 Dr. Eng. Y. Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY

1.3. Keadaan Fluida Kerja (Working Fluid) • Fluida: zat yang dapat mengalir/berpindah dari satu tempat ke tempat lain, misalnya zat cair, uap atau gas Æ working fluid • Sifat termodinamika: tekanan, suhu, volume spesifik, energi internal, entalpi dan entropi. Namun, untuk fluida kerja murni,

hanya

diperlukan

dua

sifat

(property)

untuk

mendefinisikan/menyatakan fluida kerja tersebut secara lengkap Æ Diagram

Thermo / I / 20


Contoh: fluida di dalam silinder pada P1 dan v1 (state-1 pada diagram P vs v), jika piston berpindah, keadaan fluida juga berubah pada P2 dan v2 (state-2). Karena keadaan (state) telah didefinisikan, suhu (T) dapat ditemukan dan titiknya dapat diplot seperti pada diagram P vs T dan T vs v. P

P

1

2

T

1

1

2 2 T

v

P vs v

P vs T

v

T vs v

Diagram termodinamika penting: P-v diagram, T-S diagram, H-S-P diagram Dr. Eng. Y. Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY

BAB I Pendahuluan

Thermo / I / 21


1.4. Reversibilitas (Reversibility) Ketika sistem mengalami perubahan keadaan, titik-titik keadaan (state points) yang dilalui oleh sistem dapat diplotkan ke dalam diagram. Reversibilitas (Reversibility): jika fluida mengalami proses reversible, maka baik fluida maupun lingkungannya dapat selalu dikembalikan ke keadaan semula.

Surrounding

Well-insulated

Piston

System (gas)

Proses reversible antara dua keadaan dapat digambarkan sebagai sebuah alur/pola kontinyu pada diagram P versus v disamping.

P 1

2

P vs v

v v

Thermo / I / 22


P 1

2

P vs v

v v

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 irreversible. Prosess irreversible biasanya diilustrasikan dengan garis putus-putus yang menunjukkan bahwa kondisi tengah (intermediate) tidak dapat ditentukan.


Thermo / I / 23

Kriteria-kriteria reversibility 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. 2. 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 reversible. Akan tetapi, dalam beberapa proses nyata sering digunakan pendekatan proses reversible. Dr. Eng. Y. Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY

BAB I Pendahuluan

Thermo / I / 24


THERMODINAMIKA. Oleh: Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan

Recommend Documents