GAS IDEAL

Property Tables menyediakan banyak informasi detail tentang Properties, tetapi error yang terjadi sangat besar. Suatu pendekatan yang lebih praktis dan cukup baik dapat memberikan hubungan yang sederhana diantara properties tersebut dengan hasil yang cukup akurat.

Persamaan yang mengaitkan tekanan, temperature, volume spesifik (dan properties lainnya) suatu zat disebut Persamaan keadaan (equation of state). Ada beberapa equation of state, dari yang sederhana hingga yang kompleks. Equation of state yang paling sederhana dan paling dikenal untuk zat-zat dalam bentuk gas disebut the ideal-gas equatin of state. Persamaan ini memperkirakan prilaku p-v-T dari gas sangat akurat untuk sebagian kecil kondisi tertentu.

Gas dan vapor sering diistilahkan sama. Fasa uap dari suatu zat umumnya disebut gas bila kondisinya di atas temperature kritisnya. Vapor umumnya menjelaskan suatu gas yang tidak jauh dari kondisi kondensasi. The ideal-gas equatin of state atau the ideal-gas relations :

P. V = R. T.R = gas constant. Gas yang mengikuti persamaan ini disebut Gas Ideal. Nilai gas constant (R) berbeda untuk tiap gas, dan ditentukan dengan :

R = Ru / M ….. (kJ/kg atau kPa. M3 / kg. K)

Disini : Ru = the universal gas constant (Konstanta Gas Universal) dan M = m / N = the molar mass (moleculer weight = massa atom) dari gas (kg-mol), dengan m = massa zat, kg dan N = jumlah mol, mol. Nilai Ru sama untuk semua gas, yaitu :

0,08205 atm. Lt/ (mol. K)

1

Nilai R dan M untuk beberapa gas diberikan pada Table A-1.

2

Persamaan gas ideal dapat ditulis : P V = m. R. T = m. Ru. T atau P V = n. Ru. T.

Sementara itu, penerapan persamaan gas ideal ini untuk Real gas hanya berlaku pada kondisi : Tekanan Rendah dan Temperatur Tinggi (dari kondisi kritisnya). Hal ini karena nilai densitas dari suatu gas berkurang pada kondisi ini. Pada tekanan (sangat) rendah jarak antar partikel dalam suatu gas adalah (sangat) berjauhan, begitu pula pada temperatur (sangat) tinggi. Sehingga dapat dikatakan partikel-partikel ini tidak saling mempengaruhi. Contoh Udara memiliki partikel nitrogen, oksigen, argon, dll. Pada kondisi ideal, jarak antar partikel udara ini sangat berjauhan, sehingga tidak saling mempengaruhi (tidak ada gaya tarik-menarik antar partikel) satu dengan yang lainnya.

APAKAH UAP AIR MERUPAKAN GAS IDEAL ?

Dari Figure 3-49 pertanyaan di atas bisa dijawab. Pada tekanan di bawah 10 kPa, uap air dapat dikatakan sebagai gas ideal, pada setiap temperatur, dengan error yang terjadi lebih kecil dari 1,0 %. Akan tetapi, pada tekanan yang lebih tinggi, nilai error nya semakin besar, terutama

untuk daerah dekat dengan titik kritis dan dekat garis uap jenuh (error bisa lebih dari 100 %). Oleh karena itu, pada aplikasi Air-conditioning, uap air dapat dianggap sebagai gas ideal dengan tanpa error karena tekanan operasinya sangat rendah, sedangkan pada aplikasi pabrik pembangkit uap, operasinya pada tekanan sangat tinggi, sehingga hubungan gas ideal tidak bisa digunakan.

3

FAKTOR KOMPRESIBILITAS

Mengukur deviasi dari prilaku gas ideal.

Persamaan gas ideal tidak dapat langsung diterapkan untuk real gases (Gas Nyata/ Ril), karena memberikan penyimpangan (deviasi) nilai yang cukup signifikan. Deviasi ini dapat dieliminir dengan memasukkan suatu factor koreksi yang disebut dengan the compressibility factor (Z), yaitu : P V = Z R T.

Untuk gas Ideal, Z = 1. Sedangkan untuk Real gas, nilai Z < 1, Z = 1, dan Z > 1. Real gas = gas yang berada pada kondisi alamiah (semua kondisi). Namun demikian, bila nilai Z = 1 sebaiknya dikatakan sebagai gas ideal. Jadi untuk Real gas, nilai Z < 1, dan Z > 1.

4

Figure 3-49 Persentase Error dari Steam. Daerah yang dapat dianggap sebagai Gas ideal (Warna Pink) memiliki Error < 1,0 %.

5

Rendah atau Tinggi kondisi tekanan dan temperatur suatu gas ditentukan dengan nilai kondisi kritis masing-masing gas (lihat Table A-1). Prilaku gas pada kondisi temperatur dan tekanan yang sama adalah berbeda, tetapi prilaku tiap gas akan sama bila nilai temperatur dan tekanan ini dinormalisasi terhadap nilai kritis masing-masing, dengan korelasi :

PR = P / Pcr dan TR = T / Tcr

PR = reduced pressure dan TR = reduced temperature. Nilai Pcr dan Tcr diperoleh dari Table

A-1. Nilai factor Z untuk semua gas adalah sama pada kondisi reduced pressure and temperature yang sama. Hal ini dinamakan dengan the principle of corresponding states. Nilai

factor Z baru dapat ditentukan setelah diperoleh nilai Pcr dan Tcr. Selanjutnya

hubungan nilai Pcr dan Tcr dengan Nilai factor Z dapat dilihat pada Figure A-15a, Figure A-15b, dan Figure A-15c ( atau Figure A-30a, Figure A-30b, dan Figure A-30c).

Suatu gas dikatakan gas ideal bila memenuhi ketentuan berikut :6

1. Pada Tekanan yang sangat Rendah (PR <<< 1), pada semua temperatur.

2. Pada Temperatur Tinggi (TR > 2), pada semua Tekanan (Kecuali bila PR >>>1).

3. Pada daerah yang jauh dari titik kritisnya. Deviasi dari suatu gas (prilaku gas ideal) terjadi paling besar pada daerah sekitar titik kritisnya (lihat figure 3-49 dan figure 3-53).

7

8

Bila yang diketahui P dan v atau T dan v sebagai pengganti P dan T maka dapat ditentukan dengan pseudo-reduced specific volume (vR ), yaitu vR = vaktual / (R Tcr / Pcr).

9

10

11

12

13

14

15

16

17

TEKANAN TOTAL DAN TEKANAN PARTIAL

Tekanan yang terjadi dalam sebuah container adalah tekanan yang dilepas oleh gas-gas yang ada di dalamnya (jumlah total tekanan dari gas-gas tersebut). Jadi tekanan yang terukur oleh sebuah sensor alat ukur di dalam sebuah container adalah jumlah dari tekanan yang dilepas oleh individu-individu dari gas-gas yang ada di dalam container tersebut. Tekanan yang dilepas dari individu gas disebut Tekanan Partial. Tekanan Terukur = Jumlah Tekanan Partial gas-gas.

18

Udara atmosfir (atmospheric air) merupakan campuran dari udara kering (dry air) dan uap air

(moisture). Tekanan udara atmosfir (Patm) = jumlah tekanan udara kering (Pa) dan Tekanan uap

air (Pv), yaitu : Patm = Pa + Pv.

Tekanan uap air dalam udara atmosfir sangat dipengaruhi oleh kondisi kelembaban relatif

(Relative Humidity, RH = Φ) udara atmosfir. Pv = Φ . Psat@T.

Contoh: Hitung tekanan uap air dari udara atmosfir pada 25 oC dan Φ = 60 % !

Dari Table A-4 pada 25 oC diperoleh nilai tekanan saturasi, Psat = 3,17 kPa. Tekanan uap air

pada Φ = 60 % adalah

Pv = Φ . Psat@T = 0,60 x 3,17 kPa = 1,90 kPa.

19

EVAPORATION dan BOILING(PENGUAPAN dan PENDIDIHAN)

Boiling dan Evaporation sering digunakan untuk menentukan Perubahan Fasa dari Cair ke Uap.

Evaporation terjadi pada liquid-vapor interface bila tekanan uap lebih kecil dari tekanan saturasi cairannya pada temperatur tertentu. Contoh, air di danau pada 20 oC menguap ke udara dengan kondisi 20 oC dan Φ = 60 %. Hal ini karena Tekanan saturasi air pada 20 oC = 2,34 kPa, dan tekanan uap air di dalam udara dengan 20 oC dan Φ = 60 % adalah 1,4 kPa.

Boiling terjadi pada solid-liquid interface bila suatu cairan dikontakkan dengan permukaan padat yang dijaga pada temperatur (Ts) di atas temperatur saturasi (Tsat) dari cairan tersebut. Contoh, Pada 1 atm, air dalam bentuk cairan berkontak dengan permukaan padat bertemperatur 110 oC mendidih (terjadi boiling) karena temperatur saturasi air pada 1 atm adalah 100 oC.

20

21

22

23