RENCANA PEMBELAJARAN SEMESTER (RPS) PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN FAKULTAS FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

RENCANA PEMBELAJARAN SEMESTER (RPS)

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN FAKULTAS FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

Identitas Mata Kuliah Identitas dan Validasi Nama Tanda Tangan

Kode Mata Kuliah : MS 26013-15 Dosen Pengembang RPS : Dr. BUDI SANTOSO

Prof. Syamsul Hadi Agung Tri Wijayanta, Ph.D

Nama Mata Kuliah : Termodinamika 1

Bobot Mata Kuliah (sks) : 3 Koord. Kelompok Mata Kuliah : Prof. Dr. SUYITNO

Semester : 2

Mata Kuliah Prasyarat : - Kepala Program Studi :

Dr. EKO SUROJO

Capaian Pembelajaran Lulusan (CPL)

Kode CPL Unsur CPL

CK1 : Mampu menerapkan pengetahuan matematika, ilmu sains dasar serta dasar-dasar ilmu teknik, untuk mengidentifikasi, merumuskan, dan menyelesaikan bidang teknik mesin

CK2 : Mampu merancang komponen, mengoperasikan, mengelola, dan merawat mesin dan sistem yang berhubungan dengan permesinan CK3 : Mampu merancang, melaksanakan eksperimen, menganalisis serta menafsirkan data yang diperoleh

CK4 : Mampu memanfaatkan metode, ketrampilan, dan peralatan teknik modern yang diperlukan untuk pekerjaan teknik,

CK5 : Mampu berkomunikasi secara efektif, tidak hanya dengan sesama sarjana teknik tetapi juga dengan masyarakat luas, termasuk kemahiran dalam berbahasa asing (diutamakan bahasa Inggris)

CS1 : Memiliki komitmen terhadap etika & profesi CS2 : Mampu melaksanakan proses belajar seumur hidup

:

CP Mata kuliah (CPMK) : Memahami konsep dasar yang terkait dengan termodinamika.

Memahami Hukum pertama termodinamika, keseimbangan energi, dan mekanisme transfer energi ke atau dari suatu sistem.

Mengerti Konsep zat murni

Menganalisis konservasi energi untuk sistem tertutup

Menerapkan konservasi massa dan energi pada volume atur Memahami Hukum kedua termodinamika

Menerapakan entropy

Bahan Kajian Keilmuan : - Konversi Energi

- -

Deskripsi Mata Kuliah : Konsep dasar, Energy Conversion and General Energy Analysis, Properties of Pure Substances, Energy Analysis of Closed Systems, Mass and Energy Analysis of Control Volumes, The Second Law of Thermodynamics, Entropy

Daftar Referensi : 1. Cengel. Yunus A, Michael A. Boles. Termodynamics. An Engineering Approach. 5th Edition. McGraw-Hill, 2005.

2. Moran. Michael J, Howard N. Shapiro, Fundamental of Engineering thermodynamics. 5th Edition., John Wiley and Sons, 2006.

3. Sonntag. Richard E, Claus Borgnakke, Gordon J.Van Wylen : fundamentals of thermodynamics, 6th Edition. John Wiley and Sons, 2003.

Tahap Kemampuan akhir Materi Pokok Referensi

Metode Pembelajaran

Waktu Pengalaman Belajar

Penilaian*

Luring Daring Indikator/kode

CPL

Teknik penilaian dan bobot

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

I Memahami konsep dasar yang terkait dengan termodinamika.

1. Identifikasi kosa kata unik yang terkait dengan termodinamika melalui definisi yang tepat dari konsep-konsep dasar untuk membentuk fondasi yang kuat untuk pengembangan prinsip-prinsip termodinamika.

2. Tinjau satuan sistem SI dan Inggris.

3. Sistem, Tingkat keadaan, keseimbangan, proses, dan siklus.

4. Suhu, skala suhu, tekanan, dan tekanan absolut dan gauge.

5. Teknik pemecahan masalah yang sistematis.

1, 2, 3 Tatap muka, tugas dan quis

2x150 mnt

Menganalisis, dan menghitung.

CK1, CK3, CK4, CS1, CS2

Tes/10%

II Memahami Hukum pertama termodinamika, keseimbangan energi, dan mekanisme transfer energi ke atau dari suatu sistem.

1. Konsep energi dan bentuknya.

2. Sifat energi internal.

3. Konsep panas dan terminologi yang terkait dengan transfer energi oleh panas.

4. Mekanisme perpindahan panas: konduksi, konveksi, dan radiasi.

5. Konsep kerja, termasuk kerja listrik dan beberapa bentuk kerja mekanik.

6. Hukum pertama termodinamika, keseimbangan energi, dan mekanisme transfer energi ke atau dari suatu sistem.

7. Fluida, panas dan / atau kerja yang mengalir melintasi batas sistem dari volume atur 8. Efisiensi konversi energi.

9. Implikasi konversi energi pada lingkungan

1, 2, 3 Tatap muka, tugas dan quis

2x150 mnt

Menganalisis, dan menghitung.

CK1, CK3, CK4, CS1, CS2

Tes/10%

III Mengerti Konsep zat murni

1. Konsep zat murni.

2. Fisika proses perubahan fase.

3. Diagram properti P-v, T-v, dan P-T dan permukaan P-v-T dari bahan murni.

4. Prosedur untuk menentukan sifat termodinamika zat murni dari tabel data properti.

5. Gas ideal dan persamaan keadaan gas ideal.

6. Persamaan keadaan gas ideal dalam penyelesaian masalah tipikal.

7. Faktor kompresibilitas, yang menyumbang penyimpangan gas nyata dari perilaku gas ideal.

8. Beberapa persamaan tingkat keadaan paling terkenal.

1, 2, 3 Tatap muka, tugas dan quis

2x150 mnt

Menganalisis, dan menghitung.

CK1, CK3, CK4, CS1, CS2

Tes/10%

IV Menganalisis konservasi energi untuk sistem tertutup

1. Kerja batas yang bergerak atau Kerja P dV yang biasa ditemui pada perangkat resiprokal seperti mesin dan kompresor otomotif.

2. Hukum termodinamika pertama hanya sebagai pernyataan konservasi prinsip energi untuk sistem tertutup (massa tetap).

3. Keseimbangan energi umum yang diterapkan pada sistem tertutup.

4. Panas spesifik pada volume konstan dan panas spesifik pada tekanan konstan.

5. Heat spesifik dengan perhitungan perubahan energi internal dan entalpi gas ideal.

6. Zat-zat yang tidak dapat dimampatkan dan energi internalnya dan entalpi.

7. Masalah keseimbangan energi untuk sistem tertutup (massa tetap) yang melibatkan panas dan interaksi kerja untuk zat murni umum, gas ideal, dan zat tak termampatkan.

1, 2, 3 Tatap muka, tugas dan quis

2x150 mnt

Menganalisis, dan menghitung.

CK1, CK3, CK4, CS1, CS2

Tes/20%

V Menerapkan konservasi massa dan energi pada volume atur

1. Menerapkan konservasi prinsip massa untuk berbagai sistem termasuk volume atur aliran stabil dan tidak stabil.

2. Hukum termodinamika pertama sebagai pernyataan konservasi prinsip energi untuk mengontrol volume.

3. Identifikasi energi yang dibawa oleh aliran fluida yang melintasi batas sistem sebagai jumlah energi internal, kerja aliran, energi kinetik, dan energi potensial fluida dan hubungkan kombinasi energi internal dan kerja aliran ke entalpi properti.

4. Keseimbangan energi untuk perangkat aliran mantap umum seperti nozel, kompresor, turbin, katup pelambat, mixer, pemanas, dan penukar panas.

5. Keseimbangan energi untuk proses umum aliran transien

1, 2, 3 Tatap muka, tugas dan quis

2x150 mnt

Menganalisis, dan menghitung.

CK1, CK3, CK4, CS1, CS2

Tes/20%

VI Memahami Hukum kedua termodinamika.

1. Proses yang valid sebagai proses yang memenuhi hukum termodinamika pertama dan kedua.

2. Reservoir energi termal, proses yang dapat dibalik dan tidak dapat diubah, mesin panas, lemari es, dan pompa panas.

3. Pernyataan Kelvin – Planck dan Clausius tentang hukum kedua termodinamika.

4. Konsep mesin gerak abadi.

5. Hukum kedua termodinamika untuk siklus dan perangkat siklik.

6. Hukum kedua untuk mengembangkan skala suhu termodinamika absolut.

7. Siklus Carnot.

8. Prinsip Carnot, mesin panas Carnot ideal, lemari es, dan pompa panas.

9. Efisiensi termal dan koefisien kinerja untuk mesin panas reversibel, pompa panas, dan lemari es

1, 2, 3 Tatap muka, tugas dan quis

2x150 mnt

Menganalisis, dan menghitung.

CK1, CK3, CK4, CS1, CS2

Tes/10%

VII Menerapakan entropy 1. Hukum kedua termodinamika pada proses.

2. Properti baru/entropi untuk mengukur efek hukum kedua.

3. Peningkatan prinsip entropi.

4. Perubahan entropi yang terjadi selama proses untuk zat murni, zat yang tidak dapat dimampatkan, dan gas ideal.

5. Proses isentropik

6. Hubungan kerja pada aliran kondisi tunak reversible (yang dapat dibalik).

7. Efisiensi isentropik untuk berbagai perangkat pada kondisi tunak.

8. Keseimbangan entropi pada berbagai sistem.

1, 2, 3 Tatap muka, tugas dan quis

2x150 mnt

Menganalisis, dan menghitung.

CK1, CK3, CK4, CS1, CS2

Tes/20%

14x150 mnt

Tes/100%

*Kriteria Penilaian terlampir

KRITERIA PENILAIAN

Kreterian penilian dari kemampuan mahasiswa dapat dilihat dari pekerjaan atau hasil tes.

Setiap soal mempunyai bobot penilian tertentu. Setiap soal dikerjakan dengan urutan sebagai berikut:

Tahapan Jawaban Nilai

Maksimum

I Pernyataan Masalah 10%

II Skema dan Data 25%

III Assumsi dan pendekatan 10%

IV Persamaan-persamaan yang digunakan 10%

V Sifat-sifat 15%

VI Perhitungan 25%

VII Alasan, verifikasi dan diskusi 5%

Penentuan nilai akhir:

No. Komponen Bobot

1 UTS 40%

2 UAS 40%

3 Tugas 20%

100%

Contoh Penilaian Soal Termodinamika I

Soal:

Uap masuk ke sebuah turbine pada keadaan steadi dengan laju aliran masa 4600 kg/jam. Turbin menghasilkan daya keluaran 1000 kW. Pada sisi masuk, tekanan adalah 60 bar, temperatur adalah 400C dan kecepatan adalah 10 m/s. Pada sisi keluar, Tekanan adalah 0,1 bar, kualitas uap adalah 0,9 (90%) dan kecepatan adalah 50 m/s. Hitung laju perpindahan panas antara turbin dan lingkungan dalam kW.

Tahapan penyelesaian soal Nilai

1. Pernyataan Masalah: (buat pernyataan-pernyataan yang diberikan dan ditanyakan)

Sebuah turbin beroperasi pada kondisi steadi. Laju aliran masa, daya keluaran, dan keadaan uap pada sisi masuk dan keluar diketahui. Hitung laju perpindahan panas

10

2. Skema dan Data: (Gambarkan diagram fisik dan diagram proses dengan dilengkapi data-data yang diberikan).

Diagram Fisik Diagram Proses

25

3. Assumsi dan pendekatan: (Tulis assumsi yang dibutuhkan untuk menyelesaikana soal) 1. Volume atur yang diperlihatkan dalam gambar di atas adalah keadaan steadi 2. Perubahan energi potensial dari sisi masuk ke sisi keluar diabaikan.

10

4. Persamaan-persamaan yang digunakan: (Tulis persamaan dasar yang akan digunakan dan sederhanakan sesuai assumsi)

Hukum kekekalan masa:

= ̇ − ̇

̇ = ̇ = ̇ (1)

Hukum I Termodinamika:

= ̇ − ̇ + ̇ + + - ̇ + +

maka,

(2)

10

5. Sifat-sifat: (Gunakan tabel untuk mencari sifat-sifat pada masing-masing tingkat keadaan)

 Tingkat keadaan 1:

Dari Tabel A4 (Moran dan Shapiro, 2006) h

1

(P=60 bar, T=400 C) = 3177,2 kJ

15

= 0 (1)

= 0 (1)

= 0 (2)

 Tingkat Keadaan 2:

Dari Tabel A3 (Moran dan Shapiro, 2006) h

f2

(p=0,1 bar)= 191,83 kJ

h

g2

(p=0,1 bar)= 2584,7 kJ

6. Perhitungan: (Lakukan perhitungan dengan menyamakan satuan)

Untuk membandingkan besar suku entalpi spesifik dan energi kinetik dan menekankan konversion satuan diperlukan, masing-masing suku dievaluasi secara terpisah.

Perbedaan entalpi spesifik,

Perbedaan energi kinetik spesifik,

Menghitung ̇ dari Persamaan 2,

25

7. Alasan, verifikasi dan diskusi: (Berikan komentar yang berisi alasan, verifikasi dan diskusi terhadap soal dan jawaban)

1. Besar dari perubahan energi kinetik spesifik dari sisi masuk dan sisi keluar adalah lebih kecil dari pada perubahan entalpi spesifik.

2. Nilai negatif dari ̇ berarti bahwa terdapat perpindahan panas dari turbin ke lingkungan.

Besar dari ̇ relatif lebih kecil dari daya yang dihasilkan.

5