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

(1)

Thermo / I / 1 Dr. Eng. Y. Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY

THERMODINAMIKA

Oleh:

Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan

http://ydhermawan.wordpress.com/

PROGRAM STUDI TEKNIK PERMINYAKAN

FAKULTAS TEKNOLOGI MINERAL

UPN “VETERAN” YOGYAKARTA

THERMODINAMIKA

Materi:

1. Pendahuluan

2. Konsep-Konsep Dasar Termodinamika 3. Zat Murni

4. Gas Sempurna (Perfect Gas) 5. Proses Reversible & Irreversible

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.

Pustaka:

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).

(2)

Some application areas of thermodynamics.

I PENDAHULUAN

Tujuan Instruksional Khusus:

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) Mhs mampu menjelaskan tentang:

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

(3)

Sistem Terbuka (Open System) : Sistem yang DAPAT memindahkan atau menukarkan massa, panas, dan kerja ke lingkungan SISTEM Batas (Boundary) Heat or Work Exchange MASS Exchange LINGKUNGAN

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 SISTEM m = tetap Batas (Boundary) Heat or Work Exchange NO MASS Exchange Thermo / I / 8 Dr. Eng. Y. Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY

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.

Sistim Terisolasi (Isolated System) : Sistem yang TIDAK DAPAT memindahkan atau menukarkan massa, panas, dan kerja ke lingkungan.

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.

(4)

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

Spesifik

roperti

P

Sistem

Total

Kuantitas

Ekstensif

roperti

P

Intensif

roperti

P

=

≡

Volume Specific mass Volume_≡ Energy Specific mass Energy ≡ Misal: Thermo / I / 11 Dr. Eng. Y. Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY

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

( )

1 ,

8

( )

32

5

9

32 ₌

_⇒

₌

₊

−

C

T

F

T

C

T

F

T

O O O O Suhu Absolut : ÆSI (Kelvin) : T (K) = T(o_{C) + 273,15}_≅_T(o_{C) + 273} ÆBritish (Rankine) : T (R) = T(oF) + 459,67 ≅T(o_{C) + 460}

Comparison of temperature scales.

(5)

Pressure:

Ædidefinisikan sebagai Gaya per satuan Luas.

Ædapat diukur dengan Manometer atau Bourdon Gauge

ÆSI : N/m2_{= Pascal = Pa; 1 bar = 10}5_{Pa; 1 atm = 1.01325 bar}

Vacuum Pressure SYSTEM Surrounding Manometer Atmospheric Pressure Surrounding Perfect Vacuum Barometer 2 2 3 2 9806.65 9.81 10 1 1 m N m N x O H mm = = 2 2 3 13.6 9806.65 133.4 10 1 1 m N m N x x Hg mm = =

ÆTekanan di bawah atmosphericÆTekanan Vakum ÆJika pipa U berisi cairan (misalnya, air atau merkuri)

(dimana, 1 m3_H

2O beratnya 9810 N)

Absolute, gage, and vacuum pressures.

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.

(6)

Kerja (Work):

Produk dari sebuah gaya (Force) dan jarak perpindahannya

∫

=

⇒

=

F

dL

W

F

dL

dW

SatuanÆN.m = Joule = J

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

System (gas) Piston Surrounding Well-insulated

∫

=

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

dV

P

W

dV

P

A

dV

PA

FdL

W

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.

System Heat flow Heat flow He at fl o w He at fl o w

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.

• 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).

Panas (Heat)

Hot milk (T1)

Cold water (T2)

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

(7)

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.

1-10

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 Æworking 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

lengkapÆDiagram P v 2 1 1 2 P T T v 2 1 P vs v P vs T T vs v

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.

Diagram termodinamika penting:

(8)

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.

System (gas) Pist on Surrounding Well-insulated P v 2 1 P vs v v

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

P v 2 1

P vs 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.

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 prosesreversible.