1. termodinamika

37
PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________ 1. Bentuk Energi. Didalam kehidupan sehari-hari manusia selalu berhubungan dengan energi. Energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja. Energi dapat muncul dalam berbagai bentuk. a. Energi Potensial. Energi potensial adalah ; energi yang dikandung oleh suatu benda/massa yang berada pada ketinggian tertentu terhadap bidang referensi. Energi potensial banyak dimanfaatkan untuk PLTA (Pusat Listrik Tenaga Air), dimana energi potensial berupa massa air yang ada didalam waduk diubah menjadi energi kinetik dan digunakan untuk menggerakkan turbin. b. Energi Kinetik. Energi kinetik adalah energi yang dikandung oleh suatu benda/massa yang sedang bergerak. Sbuah mobil yang bergerak mempunyai energi kinetik. c. Energi Panas. Energi panas berasal dari radiasi matahari. Energi panas juga dihasilkan dari konversi energi lain seperti : reaksi kimia, gesekan, kompresi, benturan dan sebagianya. d. Energi Cahaya. Energi cahaya adalah radiasi elektromagnetik yang dapat dilihat seperti sinar matahari, api, lampu dan sebagainya. e. Energi Suara. Energi suara berasal dari getaran molekul - molekul udara. Getaran tersebut dapat dipindahkan dari satu tempat ketempat lain. Energi suara dapat dirasakan oleh telinga manusia akibat adanya getaran dari udara sekeliling. f. Energi Listrik. Energi listrik dapat dibagi enjadi 2 kelompok : Arus listrik yang dibawa oleh elektron - elektron yaitu arus aliran elektron seperti dalam rangkaian listrik. Listrik statis yang dihasilkan dengan cara menggosok batang kaca dengan kain. g. Energi Kimia. Banyak jenis reaksi kimia yang berlangsung dengan menghasilkan energi panas. Satu diantaranya adalah pembakaran. Jika unsur - unsur didalam batubara bereaksi dengan oksigen yang ada dalam udara, maka akan dilepaskan energi panas dalam jumlah yang cukup besar. Dalam hal ini, energi yang terkandung dalam bahan bakar dikonversikan menjadi energi panas. Energi dalam bahan bakar disebut energi kimia. TOTO/UNJ/ hr/06 1

Upload: raffie-hidayat

Post on 28-Dec-2015

225 views

Category:

Documents


5 download

DESCRIPTION

Dasar-Dasar Termodinamika

TRANSCRIPT

Page 1: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

1. Bentuk Energi.

Didalam kehidupan sehari-hari manusia selalu berhubungan dengan energi. Energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja. Energi dapat muncul dalam berbagai bentuk. a. Energi Potensial.

Energi potensial adalah ; energi yang dikandung oleh suatu benda/massa yang berada pada ketinggian tertentu terhadap bidang referensi. Energi potensial banyak dimanfaatkan untuk PLTA (Pusat Listrik Tenaga Air), dimana energi potensial berupa massa air yang ada didalam waduk diubah menjadi energi kinetik dan digunakan untuk menggerakkan turbin.

b. Energi Kinetik.

Energi kinetik adalah energi yang dikandung oleh suatu benda/massa yang sedang bergerak. Sbuah mobil yang bergerak mempunyai energi kinetik.

c. Energi Panas.

Energi panas berasal dari radiasi matahari. Energi panas juga dihasilkan dari konversi energi lain seperti : reaksi kimia, gesekan, kompresi, benturan dan sebagianya.

d. Energi Cahaya.

Energi cahaya adalah radiasi elektromagnetik yang dapat dilihat seperti sinar matahari, api, lampu dan sebagainya.

e. Energi Suara.

Energi suara berasal dari getaran molekul - molekul udara. Getaran tersebut dapat dipindahkan dari satu tempat ketempat lain. Energi suara dapat dirasakan oleh telinga manusia akibat adanya getaran dari udara sekeliling.

f. Energi Listrik.

Energi listrik dapat dibagi enjadi 2 kelompok : • Arus listrik yang dibawa oleh elektron - elektron yaitu arus aliran elektron seperti

dalam rangkaian listrik. • Listrik statis yang dihasilkan dengan cara menggosok batang kaca dengan kain.

g. Energi Kimia.

Banyak jenis reaksi kimia yang berlangsung dengan menghasilkan energi panas. Satu diantaranya adalah pembakaran. Jika unsur - unsur didalam batubara bereaksi dengan oksigen yang ada dalam udara, maka akan dilepaskan energi panas dalam jumlah yang cukup besar. Dalam hal ini, energi yang terkandung dalam bahan bakar dikonversikan menjadi energi panas. Energi dalam bahan bakar disebut energi kimia.

TOTO/UNJ/ hr/06 1

Page 2: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

2. Hukum Kekekalan Energi. Pengertian.

Hukum kekekalan energi (Hukum Termodinamika I) menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat berubah bentuk dari bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain.

Proses Perubahan (konversi) Energi.

Salah satu contoh nyata dari perubahan energi adalah proses konversi energi yang terjadi didalam pusat pembangkit listrik. Perubahan energi dari energi yang dikandung oleh bahan bakar (minyak, batubara, atau gas) pada PLTU diubah menjadi energi listrik setelah mengalami beberapa proses. Bahan bakar yang merupakan bentuk dari energi kimia diubah dalam ruang bakar menjadi energi panas.

Energi panas tersebut diterima oleh air sehingga air tersebut berubah wujud menjadi uap. Uap yang mempunyai energi panas selanjutnya mendorong sudu - sudu turbin sehingga menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran turbin. Poros turbin dikopel langsung dengan poros generator sehingga ketika turbin berputar generator juga ikut berputar. Generator merubah energi mekanik berupa putaran menjadi energi listrik. Energi Kimia Energi Kalor Energi Mekanik Energi Listrik

Bahan Bakar Mengubah energi

+ Kalor + Air U a p mekanik menjadi U d a r a energi listrik Tangki Bahan K e t e l Turbin Generator Bakar.

Gambar. 1. Proses Perubahan Energi Pada PLTU.

TOTO/UNJ/ hr/06 2

Page 3: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

3. Kerja dan Kuantitas Panas.

3.1. Kerja.

Dari mekanika kerja adalah hasil perkalian gaya dengan jarak. Apabila suatu benda

dikenai gaya, sehingga benda tersebut berpindah tempat, maka dikatakan bahwa benda

tersebut telah melakukan suatu kerja. Besarnya kerja yang dilakukan oleh gaya tersebut

terhadap benda adalah sebanding dengan besarnya gaya yang diberikan kepada benda,

serta besarnya jarak yang ditempuh oleh benda tersebut. Bila gaya dengan satuan

Newton dan jarak satuannya meter (m), maka kerja satuannya Newton meter (Nm) atau

Joule (J).

3.2. Kerja dan Kuantitas.

Kerja adalah kemampuan untuk melakukan usaha, sedangkan kualitas panas adalah kualitas yang digunakan untuk melakukan usaha tersebut, diukur dalam satuan Joule. Sebagai contoh, sudu turbin memutar poros untuk membangkitkan listrik pada generator. Sudu turbin tersebut melakukan kerja. Untuk memutar poros tersebut diperlukan sejumlah panas atau kuantitas panas.

3.3. Temperature dan Kuantitas Panas.

Temperatur adalah tingkat atau derajat dari panas. Alat yang digunakan untuk mengukur besarnya temperatur disebut thermometer. Standard satuan temperatur yaitu derajat Celcius dan Fahrenheit. Kuantitas panas adalah banyaknya panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur pada sejumlah massa zat tertentu. Atau kuantitas panas adalah hasil kali dari massa zat dikalikan panas jenis zat dan diklaikan kenaikkan temperatur. Satuan kuantitas panas adalah kalori atau Joule.

4. Pengaruh Panas Pada Zat Padat, Cair, dan Gas.

Jika suatu zat dipanaskan, maka akan mengalami perubahan : • Volume (memuai)

• Derajat panas ( temperature naik)

• Fasa (wujud)

TOTO/UNJ/ hr/06 3

Page 4: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

Gambar. 2. Diagram Proses Perubahan Zat Padat Menjadi Uap.

Gambar diatas dapat dituangkan dalam diagram T – h dengan absis adalah sebagai entalpi

(h) dan ordinat nya adalah temperature (T).

Gambar 3, diagram T – h perubahan air menjadi uap.

TOTO/UNJ/ hr/06 4

Page 5: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

1 – 2, Zat padat bila diberi panas temperaturnya akan naik. Pada saat temperatur naik

benda tersebut juga mengalami pemuaian. Temperatur benda tersebut terus naik

sampai mencapai titik leburnya (titik cair). Tiap - tiap benda mempunyai titik lebur yang

berbeda beda. Panas yang digunakan untuk menaikkan suhu disebut panas sensibel.

2 – 3, Pada saat benda tersebut mencapai titik leburnya, suhunya tetap. Panas yang

diterima, digunakan untuk merubah wujud dari padat menjadi cair (melebur = mencair),

panas tersebut dinamakan panas laten.

3 -4, Hal tersebut juga berlaku bila zat cair dipanaskan terus, maka akan naik temperaturnya

dan mendidih.

4 – 5, Cairan yang mendidih apabila dipanaskan terus akan menguap menjadi uap.

5 – 6, Uap jenuh bila dipanaskan terus akan menjadi uap panas lanjut (superheat) dan panas yang digunakan disebut panas Superheat. Faktor-faktor yang mempengaruhi zat tersebut kalau dipanaskan adalah :

• Kalor jenis zat tersebut (KJ) • Massa zat yang dipanasi (m)

• Kenaikkan temperatur (Δt) Sehingga dapat ditulis dengan rumus.

1. Zat dipanaskan dari (1) ke (2).

Q = m x KJ xΔt 2. Zat dipanaskan dan (2) ke (3).

Q = m x Kl 3. Zat dipanasi dari (3) ke (4).

Q = m x KJ x Δt 4. Zat dipanaskan dari (4) ke (5).

Q = m x k.u 5. Zat dipanasi dari (5) ke (6).

Q = m x KJ x Δt.

Q = jumlah kalor (Joule) m = massa Δt = kenaikkan temperatur KJ = kalor jenis (kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur) Kl/ku = kalor yang dibutuhkan untuk merubah wujud.

5. Perubahan Air Menjadi Uap

Bila air dipanaskan pada tekanan atmosfir, maka titik didihnya 100 0C. Air didalam ketel yang sedang mendidih dengan tekanan atmosfir (1,013 bar atau 14,7 psi) temperaturnya adalah 100 0C. Tetapi bila air dipanaskan pada tekanan diatas tekanan atmosfir, maka titik didihnya akan menjadi lebih besar dari 100 0C tergantung pada tekanan dimana ia dipanaskan. Berikut ini diberikan contoh hubungan antara tekanan dengan titik didih air.

TOTO/UNJ/ hr/06 5

Page 6: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

Tekanan (bar)

0,25 0,5 1 5 10 50 100

Temperatur titik didih (0C )

65 81 99,6 151 180 264 311

Dari tabel diatas terlihat bahwa bila tekanan bertambah besar, maka titik didih akan bertambah tinggi dan panas yang diperlukan untuk memanaskannya bertambah banyak pula. Jumlah panas yang dibutuhkan untuk memanaskan air sehingga mencapai titik didih disebut panas sensibel. Pada tabel diatas diperlihatkan bahwa untuk mencapai titik didih, jumlah panas sensibel yang dibutuhkan tergantung pada tekanan. Panas sensibel atau entalpi didih dalam tabel uap (termodinamika) diberi simbol huruf hf.

Panas Laten

Jika pada air yang mendidih terus diberikan panas, maka air akan berubah fasa menjadi uap. Selama proses perubahan fasa, penambahan panas tidak menaikkan temperatur air. Panas yang diberikan untuk merubah fasa (wujud) dari air menjadi uap disebut panas laten. Panas laten atau panas pendidihan dalam tabel uap diberi simbol huruf hfg. Sedangkan jumlah panas sensibel (hf) dan panas laten (hfg) disebut panas total uap jenuh yang diberi simbol hg.

Panas Superheat Jika uap jenuh (saturated steam) dipanaskan, maka panas tersebut akan menaikkan temperatur uap. Panas untuk menaikkan temperatur uap jenuh ini disebut superheat ( panas lanjut) dan uapnya disebut uap panas lanjut (superheated steam).

Entalpi dan Entropi

Didalam perhitungan panas kita akan selalu berhubungan dengan istilah entalpi dan entropi. Entalpi adalah kandungan panas total (heat content). Entalpi dinyatakan dengan simbol huruf h dan satuan entalpi adalah kj/kg atau k cal/kg atau BTU. Entropi adalah perbandingan panas terhadap temperatur mutlak nya. Entropi dinyatakan dengan simbol huruf s dan dengan satuan kj/kg K atau k cal/kg K.

S = h/T

Penggunaan Tabel Uap

Para peneliti telah melakukan percobaan selama bertahun-tahun untuk menyelidiki sifat – sifat air uap dan hubungannya terhadap perubahan temperatur dan tekanannya. Hasil dari percobaan tersebut diterbitkan dalam bentuk tabel uap (termodinamika) yang berisi kumpulan data nilai panas dan sifat air uap pada tekanan dan temperatur yang berbeda-beda. Tabel ini dibagi menjadi menjadi dua bagian utama, dimana bagian pertama memperlihatkan bermacam sifat dari air dan uap jenuh sedangkan bagian kedua menunjukkan sifat – sifat uap superheat (panas lanjut). Simbol-simbol yang digunakan dalam tabel adalah sebagai berikut :

TOTO/UNJ/ hr/06 6

Page 7: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

p = tekanan absolut t = temperatur ( 0C ) h = enthalpy atau total panas ( kj/kg ) s = entropi

v = volume spesifik ( m3/kg )

Selain itu juga digunakan simbol untuk subskrip, seperti : s (saturated) = tingkat kejenuhan

f (fluide) = kondisi zat dalam keadaan cair (air)

g (gas) = kondisi zat dalam keadaan fasa gas (uap)

fg (fluide gas) = kondisi zat dalam keadaan fase campuran air uap.

Berikut ini diberikan beberapa contoh cara membaca tabel uap untuk air uap jenuh.

1. Pada tekanan 30 bar (3 Mpa) berapa : titik didih, entalpi spesifik, dan volume uap

spesifik?

2. Berapa tekanan pendidih, entalpi penguapan, dan volume uap jenuh, jika kondisi uap

berada pada temperatur 80 0C.

Penyelesaian :

1. Harga – harga tersebut dapat dicari secara langsung dari tabel uap, yaitu pada tekanan

30 bar (lihat tabel ...)

Titik didih (ts ) = 233,8 0C

Entalpi uap spesifik (hg) = 280,3 kj/kg

Volume uap spesifik (vg ) = 0,0666 m3 /kg

2. Tekanan pendidihan (ps ) = 0,4736 bar

Entalpi penguapan (hfg) = 2308,3 kj/kg

Volume uap jenuh = 3,408 m3/kg

Selanjutnya carilah :

3. Berapakah perbedaan panas yang dikandung oleh 2 kg uap jenuh pada temperatur 115 0C dan 290 0C ?

4. Uap jenuh seberat 3 kg pada tekanan 40 bar (4 Mpa) , berapa temperatur penguapan,

panas penguapan, dan volume.

TOTO/UNJ/ hr/06 7

Page 8: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

Untuk mencari entalpi, tekanan, volume, atau temperatur uap pada kondisi superheat (sifat

uap superheat), maka harus diketahui dua variabelnya,

Contoh 1,

Carilah entalpi spesifik uap pada tekanan 60 bar , temperatur 400 0C ?

Penyelesaian :

Pada tekanan 60 bar (lihat tabel ..) dan temperatur 400 0C , entalpi spesifik (h) = 3177kj/kg

Contoh 2,

Uap jenuh pada tekanan 80 bar abs, temperaturnya dinaikkan hingga mencapai 500 0C .

Berapa banyaknya panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur hingga 500 0C dan

berapa besar kenaikan temperaturnya ?

Penyelesaian :

Uap jenuh pada tekanan 80 bar abs, mempunyai

h = 2758 kj/kg dan temperatur jenuhnya ts = 295 0C

Uap pada tekanan p = 80 bar abs , temperatur t = 500 0C adalah 3398 kj/kg

Sehingga banyaknya panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur adalah :

3398 kj/kg – 2758 kj/kg = 640 kj/kg

Besarnya kenaikan temperatur adalah : 500 0C – 295 0C = 205 0C

6. Siklus PLTU Sederhana

PLTU menggunakan fluida kerja air dengan siklus secara tertutup, yaitu air dipanaskan

hingga menjadi uap di boiler dan uapnya digunakan untuk memutar turbin. Uap bekas dari

turbin di kondensasikan menjadi air di kondensor dan air kondensatnya dipompa untuk

diisikan kembali kedalam boiler.

Komponen utama PLTU terdiri dari :

a. Boiler

b. Turbin

c. Kondensor

d. Pompa air

Untuk keperluan analisis panas siklus PLTU digambar dalam diagram temperatur entropi

(diagram T – s) dan biasa disebut siklus Rankine. Disebut siklus rankine karena Rankine

yang pertama menuangkan siklus PLTU dalam diagram T –s.

TOTO/UNJ/ hr/06 8

Page 9: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

Gambar 4, blok diagram siklus PLTU

7. Prinsip Perpindahan Panas.

Panas dapat berpindah dari suatu tempat atau benda ketempat atau ke benda lain. Panas

dapat berpindah dari suatu zat yang lebih panas ke zat yang lebih dingin. Dengan kata lain,

panas hanya akan berpindah dari satu benda ke benda lainnya bila terdapat perbedaan

temperatur diantara dua benda tersebut. Atau panas akan berpindah dari benda yang

bertemperatur lebih tinggi ke benda yang temperatur lebih rendah. Karena itu dapat

disimpulkan bahwa perbedaan temperatur (Δt) adalah merupakan potensial pendorong bagi

proses perpindahan panas. Dalam proses perpindahan panas, dikenal 3 macam metode

perpindahan panas, yaitu :

• Konduksi.

• Konveksi

• Radiasi

7.1. Konduksi.

Proses perpindahan panas secara merambat pada suatu zat atau dari satu zat ke zat lain

yang bersinggungan disebut “Konduksi”.

TOTO/UNJ/ hr/06 9

Page 10: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

Gambar. 4. Peristiwa Konduksi.

Didalam boiler perpindahan panas dengan cara konduksi terjadi pada pipa - pipa penguap, ekonomiser dan pemanas udara. Peralatan lain dimana terjadi perpindahan panas secara konduksi adalah pada pipa - pipa kondensor dan pemanas air (feed heater).

Gambar. 4. Mengalir Gas Asap ke Atmosfir Karena Konversi.

10 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 11: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

7.2. Konveksi.

Konveksi adalah perpindahan panas dalam suatu zat yang disebabkan oleh gerakan molekul - molekul dari zat tersebut. Atau konveksi terjadi akibat adanya aliran. Karena itu, konveksi hanya dapat terjadi pada zat cair dan gas. Contoh : Mengalirnya gas asap dari ruang bakar menuju cerobong atau terjadinya

sirkulasi air didalam boiler adalah akibat peristiwa konveksi.

7.3. Radiasi.

Radiasi adalah proses perpindahan panas diantara zat - zat yang tidak bersinggungan secara langsung dan tanpa bantuan konveksi atau konduksi. Pada perpindahan panas secara radiasi, energi panas dipancarkan dalam bentuk gelombang elektromagnit dalam lintasan garis lurus pada kecepatan yang sama dengan kecepatan cahaya. Gelombang panas tersebut berjalan melintasi ruangan dan bila menerpa beberapa objek, panasnya dapat diserap oleh objek tersebut atau dapat pula dipantulkan kembali.

Gambar. 5. Ruangan Disekitar Ruang Bakar Terasa Panas Akibat Radiasi.

Contoh : Energi panas ruang bakar, sebagian besar diterima oleh pipa - pipa penguap dengan cara radiasi.

11 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 12: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

8. Pengukuran Temperatur, Tekanan dan Volume.

8.1. Pengukuran Temperatur. Temperatur adalah suatu besaran yang menunjukkan derajat (tingkat) panas suatu benda. Makin panas suatu benda makin tinggi temperaturnya, sebaliknya makin dingin suatu benda makin rendah temperaturnya. Alat untuk mengukur besaran temperatur disebut termometer dan disajikan dalam bentuk angka.

a. Skala Temperatur Terdapat dua macam pengukuran temperatur, yaitu pengukuran temperatur relatif dan temperatur mutlak. Skala pengukuran temperatur relatif ada 3 (tiga), yaitu skala Celcius ( C ), skala Fahrenheit ( F ), dan skala Rheamur ( R ). Namun skala Rheamur jarang digunakan di unit pembangkit. Ketiga skala temperatur diatas mengambil titik berbeda-beda dalam menentukan angka pada titik tetap bawah dan angka pada titik tetap atas, meskipun ketiganya menggunakan zat yang sama, yaitu es dalam menentukan titik acuan. Titik acuan yang dimaksud adalah titik beku dan titik didih.

Skala Celcius menetapkan angka 0 sebagai titik tetap bawah dan angka 100 untuk titik tetap atas. Skala Fahrenheit menetapkan angka 32 sebagai titik tetap bawah dan 212 untuk titik tetap atas. Sedangkan skala Rheamur menetapkan angka 0 sebagai titik tetap bawah dan 80 untuk titi tetap atas. Perbedaan skala tersebut memberikan perbandingan skala Celcius ( C), Fahrenheit (F), dan Rheamur ( R ) sebagai berikut

C : (F – 32) : R = 100 : 180 : 80 C : (F – 32) : R = 5 : 9 : 4

Sehingga konversi diantara satuan tersebut adalah :

1. )32(95

−°=° FC

2. 3259

+°=° CF

3. °=° CR45

32Re49

+°=°F 3294Re −°=° F

12 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 13: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

b. Temperatur Mutlak Temperatur mutlak (absolut) adalah temperatur terendah yang dapat terjadi. Nilai temperatur ini mengacu pada kondisi suatu zat yang pada saat itu volume maupun tekanannya sama dengan nol. Zat yang dimaksud adalah gas. Gas apabila didinginkan pada volume konstan, maka tekanannya akan berkurang 1/273,15 untuk setiap penurunan temperatur 10 C, sehingga pada temperatur -273,15 0C tekanan gas tersebut mencapai angka nol. Demikian juga halnya apabila didinginkan pada tekanan konstan, maka volumenya akan berkurang 1/273,17 untuk setiap penurunan temperatur 10 C, sehingga pada temperatur -273,150 C, volume gas mencapai nol.

Titik temperatur -273,15 0C ini disebut titik nol mutlak atau 0 Kelvin. Sehingga skala Celcius absolut disebut skala Kelvin. Sedangkan skala Fahrenheit absolut dinamakan skala Rankine. Hubungan antara temperatur relatif Clecius dengan skala absolutnya adalah :

K = 273,15 + 0C Sehingga 0 K = -273,15 0C 273,15 K = 0 0C atau 373,15 K = 100 0C Sedangkan untuk temperatur relatif Fahrenheit dengan skala absolutnya adalah R = 456,67 + 0F Sehingga 0 R = -459,67 0F 459,67 R = 0 0F atau 671,67 R = 212 0F Dan konversi dari temperatur Kelvin ke Rankine adalah

RK95

=

Pengukuran temperatur dapat dilakukan dengan dua cara yaitu dengan : • Termometer. • Termokopel dan digital volt meter. 8.1.1. Termometer.

• Thermometer Gelas. Pada dasarnya thermometer jenis ini terdiri dari tabung kapiler dalam kemasan gelas yang berskala dan berisi cairan, lihat gambar dibawah. Umumnya zat cair yang digunakan adalah alkohol atau air raksa. Alkohol dipakai pada pengukuran temperatur rendah sedang air raksa untuk temperatur tinggi. Prinsip kerja thermometer ini berdasarkan perubahan volume zat cair yang disebabkan oleh perubahan temperatur, karena zat cair

13 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 14: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

berada pada tabung kapiler yang berskala maka perubahan temperatur dapat dibaca.

Gambar. 6. Termometer Gelas.

Besarnya perubahan volume zat cair akibat perubahan temperatur dapat dihitung dengan : Vt = Vo (1 + βt) Dimana : Vt = volume zat cair pada suhu t Vo = volume mula β = koefisien muat zat cair t = perubahan suhu.

• Thermometer Zat Cair Dalam Tabung Bourdon.

Seperti halnya pada thermometer gelas, alat ini memakai juga prinsip perubahan volume zat cair yang disebabkan perubahan temperatur. Disini sebagai wadah dari zat cair dibuat tabung Bourdon yang salah satu ujungnya dihubungkan dengan jarum penunjuk secara mekanis, lihat gambar. Apabila terjadi perubahan temperatur maka zat cair (air raksa) dalam tabung sebagaimana mestinya akan memulai, mengakibatkan tabung Bourdon mengembang dan menggerakkan jarum penunjuk pada harga tertentu.

14 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 15: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

• Thermometer Gas. Prinsip kerjanya sama dengan thermometer zat cair dalam tabung Bourdon, hanya disini gas sebagai medianya. Jenis gas yang digunakan biasanya Nitrogen atau Helium.

Gambar. 7. Termometer dengan tabung (bulb)

Gambar. 8, Vapour Pressure Thermometer Gambar, 9. Gas In Metal Thermometer.

15 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 16: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

• Thermometer Bimetal. Thermometer bimetal terdiri dari dua jenis logam yang mempunyai koefisien muai berbeda dan kedua logam ini digunakan menjadi satu, lihat gambar. 10. Prinsip kerjanya sebagai berikut : Apabila terjadi kenaikkan temperatur maka logam yang koefisien muainya lebih besar akan memuai lebih panjang, karena tertahan oleh yang lain maka logam tersebut akan melengkung dan membentuk defleksi. Defleksi ini dimanfaatkan untuk menggerakkan jarum penunjuk dan linier terhadap perubahan temperatur. Jenis logam yang dipakai adalah Invar dan Alloy Nikel - besi. Suatu batang logam bila dipanaskan akan mengalami perubahan panjang sebagai berikut : Lt = Lo (1 + at). Dimana : Lt = perubahan panjang setelah dipanaskan t0 Lo = panjang mula - mula a = koefisien muai panjang t = perubahan temperatur

16

Gambar. 10. Spiral Bi-metal Strip Thermometer.

TOTO/UNJ/ hr/06

Page 17: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

8.1.2. Thermokopel dan Temperature Resistansi Detektor ( RTD )

• Thermokopel.

Thermokopel terdiri dari dua logam berlainan jenis yang digabungkan seperti terlihat pada gambar 11. Salah satu ujung dari kedua logam tersebut digabungkan dan diberi sumber panas sehingga pada ujung yang akan timbul tegangan listrik berupa mill volt.

Gambar 11, Pengukuran Temperatur dengan Menggunakan Termokopel.

Ada beberapa jenis termokopel yaitu :

TYPE

JENIS LOGAM

WARNA KABEL

BATAS PENGGUNAAN

T J

K

E

S

R

Cooper - Constantan

Iron - Constantan

Chromel - Alumel

Chromel - Constantan

90% Platinium - 10%

Rhodium

87% Platinium - 13% Rhodium

biru - merah

putih - merah

kuning - merah

ungu - merah

hitam - merah

hitam - merah

-200 0C s/d 371 0C

-190 0C s/d 760 0C

-190 0C s/d 1260 0C

-100 0C s/d 1260 0C

0 0C s/d 1482 0C

0 0C s/d 1482 0C

17 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 18: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

• Temperatur Resistansi Detektor (RTD). Prinsip dasar pada thermometer ini adalah perubahan temperatur akan mengakibatkan perubahan harga tahanan. Besarnya harga tahanan terhadap perubahan temperatur adalah : Rt = Ro (1 + α t) Dimana : Rt = tahanan listrik pada temperatur t 0C Ro = tahanan listrik pada temperatur 0 0C α = koefisien tahanan terhadap perubahan temperatur

Logam yang digunakan dan batas pengukurannya ditunjukkan pada tabel berikut :

BAHAN LOGAM

BATAS PENGUKURAN

PERUBAHAN TAHANAN

PER 0C (%)

Platina (Pt)

Tembaga (Cu)

Nikel (Ni)

-200 0C s/d 500 0C

0 0C s/d 120 0C

0 0C s/d 120 0C

0,385

0,427

0,617

8.2. Pengukuran Tekanan.

Tekanan Pada setiap fluida baik zat cair maupun gas, massa fluida menyebabkan timbulnya tekanan pada permukaan bejana yang ditempati fluida tersebut. Fluida yang terdapat didalam bejana tertutup, pada keadaan tertentu dapat menghasilkan tekanan yang sangat tinggi misalnya uap dalam drum ketel.

Contoh : diperlukan pengukuran tekanan uap pada ketel agar tekanan ketel selalu dapat

dimonitor sehingga tidak akan mencapai tekanan yang berbahaya. Satuan tekanan telah ditetapkan yaitu satuan gaya persatuan luas. Dalam

satuan S.I, tekanan diukur dalam satuan bar. 1 bar = 10 5 N/m2 = 10 5 pascal.

Tekanan Atmosfir.

Lapisan atmosfir ini berisi udara. Berat udara diatas permukaan bumi menghasilkan tekanan sebesar ± 1,013 bar. Tekanan atmosfir sedikit bervariasi, tergantung pada keadaan cuaca dan ketinggian tempat diatas permukaan laut.

18 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 19: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

Tekanan Ukur (Gauge Pressure). Jika suatu instrumen mengukur tekanan diatas tekanan atmosfir, maka tersebut dinamakan tekanan ukur. Pada alat uku tekanan yang mengukur tekanan ini biasanya terdapat tulisan “Gauge” atau simbol huruf “G”. Harga tekanan yang ditunjukkan alat ukur ini merupakan harga diatas tekanan atmosfir. Titik nol alat ukur ini = 1 atmosfir. Tekanan Absolut. Jika tekanan ukur ditambahkan dengan tekanan atmosfir, akan diperoleh tekanan absolut. Jika sebuah alat ukur tekanan menunjukkan 1,3 bar dan tekanan atmosfir pada waktu itu adalah 1,012 bar, maka tekanan absolutnya adalah :

= tekanan ukur 1,3 bar + tekanan atmosfir 1,012 bar. = 2,312 bar.

Gambar. 12. Hubungan Antar Tekanan.

19 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 20: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

Tekanan absolut tidak menggunakan tekanan atmosfir sebagai titik nol tetapi menggunakan titik nol absolut.

Pengukuran Tekanan. Pengukuran tekanan yang sering dijumpai di Pembangkit Thermal adalah dengan menggunakan metode, sebagai berikut :

• Kolom zat cair. • Perubahan elemen elastis.

a). Pengukuran tekanan dengan kolom zat cair : 1. Manometer Pipa U.

Manometer ini terdiri dari tabung gelas yang berskala atau dari bahan lain yang dapat dibentuk huruf U dan diisi dengan cairan, tabung gelas yang sering dipakai berukuran kira - kira 6 mm atau 1/4 inch. Cairan yang digunakan adalah air raksa atau air biasa yang diberi warna, dipilih tergantung dari range tekanan yang akan diukur, jika untuk mengukur tekanan yang rendah dipakai cairan dengan berat jenis ringan sedang untuk mengukur tekanan yang tinggi dapat dipakai cairan dengan berat jenis besar. Manometer jenis ini banyak dipakai untuk mengukur tekanan ruang tertutup dan vakum. Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut : Pertama manometer diisi dengan cairan kemudian sebelum dipergunakan kedua ujungnya dihubungkan dengan atmosfir lebih dahului dan kaki - kaki tabung harus berdiri sama tegak, hal ini dimaksudkan untuk mendapatkan keseimbangan sehingga tinggi permukaan pada tabung 1 dan 2 sama (lihat gambar 13a). Kemudian ujung tabung 2 dihubungkan dengan tekanan yang akan diukur sedang ujung tabung 1 tetap dihubungkan dengan atmosfir, sehingga tabung 1 dan 2 akan terjadi perbedaan tinggi cairan. Untuk mengetahui besar tekanan yang diukur dapat dipakai perhitungan sebagai berikut :

P2 - P1 = mj . H Dimana : P1 = tekanan pada tabung 1

P2 = tekanan pada tabung 2 mj = massa jenis cairan H = perbedaan tinggi cairan

20 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 21: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

Gambar. 13a. Keseimbangan Gambar.134b. Perbedaan Tinggi Pada tabung 1 &2 Cairan Pada Tabung 1 & 2

Manometer tabung huruf U yang lain adalah manometer, dimana salah satu ujungnya tertutup dan vacum. Manometer ini dipakai untuk mengukur tekanan absolut seperti pada gambar 13c.

Vacum

Gambar. 13 c. Manometer pipa U Pengukur Tekanan Absolut.

2. Barometer.Barometer dipakai untuk mengukur tekanan atmosfir, terdiri dari satu tabung gelas tegak lurus dalam bejana air raksa. Bagian ujung tabung tertutup dan vakum. Apabila tekanan atmosfir rendah maka air raksa dalam tabungpun turun yang akan menunjukkan sesuai dengan tekanan atmosfir disekitar tempat tersebut.

21 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 22: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

Gambar. 14. Barometer.

3. Manometer Tabung Manual.Pada manometer ini luas penampang A2 dibuat jauh lebih besar dari pada tabung A1, lihat gambar. 15. Dengan demikian bila bak A2 mendeteksi perubahan tekanan, maka tinggi perrnukaan cairan pada tabung A1 dapat langsung dibaca.

Gambar. 15. Manometer Tabung Tunggal.

22 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 23: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

4. Manometer Tabung Miring.

Manometer dibuat dengan tabung yang miring ini dimaksudkan untuk memperoleh pembagian skala yang lebih lebar sehingga akan menghasilkan pengukuran lebih sensitive/lebih peka terhadap perubahan tekanan yang diukur. Apabila ada perubahan tekanan yang kecil sekalipun pengukuran dapat dibaca dengan mudah.

23

P2 - P1 = mj . L .Sin a

Gambar. 16. Prinsip Kerja Manometer Tabung Miring.

Gambar. 17. Manometer Tabung Miring.

Pengukuran yang lebih teliti dapat dilakukan dengan memperkecil sudut a. Pembacaan pengukurannya dihitung dengan cara sebagai berikut

Dimana : mj = massa jenis cairan L = panjang cairan dalam tabung a = sudut kemiringan

TOTO/UNJ/ hr/06

Page 24: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

b). Pengukuran Tekanan Dengan Element Elastis.

1. Diafragma.

Diafragma yang paling sederhana terdiri dari lembaran datar dan tipis, terbuat dari bahan logam. Bahan logam yang biasa dipakai adalah Berylium Copper. Phosphor Bronze, Stainless Steel. Diafragma banyak dipakai untuk mengukur tekanan differensial. Karena diafragma yang type datar sensitivitasnya kecil maka untuk memperbesar sensitivitas dibuat bergelombang atau berlekuk - lekuk seperti terlihat pada gambar 18.

Diafragma pada gambar tersebut merupakan difragma tunggal dan pada gambar 19 terlihat diafragma ganda atau yang biasa disebut kapsul. Prinsip kerja pengukur tekanan dengan sistem diafragma adalah sebagai berikut : Apabila diafragma mendapat tekanan maka difragma akan bergerak mendorong linkage keatas dan menggeser roda gigi sehingga jarum penunjuk berputar menunjukan angka pada skala sesuai besar tekanan yang diberikan.

Scale

Spring

PressurePressure

Diapragma

Lingkage

Gambar.18. Diaphragm Gauge. Gambar.19. Schaffer Or Stiff Diaphragm Gauge.

2. Bellow.Bellow juga dibuat dari bahan - bahan logam yang dipakai untuk membuat dipakai untuk membuat diafragma dan didalamnya dipasang pegas. Fungsi pegas ini untuk mendapatkan pengukuran yang lebih besar, lihat gambar 20a. Contoh pengukur tekanan dengan system Bellow.

24 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 25: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

Bellow Unit

Pressure

Pressure Bellow

Bellow

spring

Pivot Pointer

Scale

Pivot

Gambar. 20. Bellows Element. 3. Bourdon Tube (Tabung Bourdon).

Tabung Bourdon dibuat dari tabung yang pipih, dapat berbentuk C, spiral atau

helix, lihat gambar 21a, 21b dan 21c. Prinsip kerja dari pengukur tekanan dengan

tabung Bourdon adalah bila diberi tekanan, maka Bourdon akan mengembang

dan gerakan tersebut dirubah menjadi penunjukan melalui linkage dan roda gigi.

Bahan logam yang dipergunakan untuk pembuatan Bourdon adalah Phosphor

Bronze, Stainless Steel dan Berrylium Copper. Untuk pengukuran tekanan

differensial maka dua buah Bourdon bentuk C disusun seperti pada gambar.

25 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 26: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

Gambar. 21a. Bourdon tube, C type

Gambar. 21b. Spiral.

26 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 27: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

TOTO/UNJ/ hr/06

Gambar. 21c. Bourdon tube, Helix.

8.3. Hubungan Temperatur, tekanan dan volume.

Bahwa salah satu efek panas adalah pemuaian. Jika zat tersebut adalah gas, maka gas tersebut akan berekspansi volumenya bertambah. Jadi pemberian energi panas pada gas, disamping akan menaikkan temperatur gas, juga akan menaikan volume gas tersebut. Tetapi jika gas tersebut ditempatkan dalam suatu wadah yang tertutup sehingga volumenya tidak dapat bertambah. Pemberian panas pada gas akan mengakibatkan kenaikan tekanan pada gas tersebut. Jadi ada korelasi antara tekanan, volume dan temperatur. Hubungan antara tekanan, volume dan temperatur adalah sebagai berikut :

a). Untuk volume tetap jika temperaturnya dinaikan maka tekanan akan naik. b). Pada temperatur tetap jika temperaturnya dinaikan volumenya berkurang. c). Pada tekanan tetap jika temperaturnya dinaikan volumenya akan bertambah.

Dapat disimpulkan bahwa perubahan salah satu diantara ketiga variabel tersebut akan mempengaruhi dua variabel yang lain. Dalam penggunaannya, akan diberikan pengetahuan mengenai hukum dasar panas, temperatur dan tekanan, agar lebih memahami selengkapnya proses - proses pembangkit uap pada instalasi ketel modern.

ntakonsT

PV=

Hubungan antara tekanan, volume dan temperatur pertama kali ditemukan oleh dua orang ahli ilmu pengetahuan alam bernama Boyle dan Charles. Kedua hukum yang mereka turunkan disebut hukum Boyle dan hukum Charles. Secara sistematis, hukum Boyle dan Charles dinyatakan :

27

Page 28: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

9. Proses Termodinamika. 9.1. Proses Termodinamika

Dalam termodinamika, sejumlah gas yang terjadi pada proses - proses kompresor pompa maupun fan, akan ditentukan oleh tekanan (P), volume (V) maupun temperaturnya (T). Bila satu, dua atau ketiga faktor tersebut mengalami perubahan dikatakan gas tersebut mengalami proses perubahan keadaan. Pada pembicaraan mengenai perubahan keadaan, kita membatasi diri pada perubahan keadaan yang dapat dibalik (reversible prosesses). Berdasarkan pembagian panas yang kita berikan pada gas, serta perubahan faktor diatas perubahan keadaan gas dapat dibagi menjadi : Proses Tekanan Konstan (Isobar). Adalah proses yang terjadi pada tekanan tetap. Dalam diagram P - V proses ini berupa garis lurus sejajar sumbu V.

P

28

Q = m. cp (T2 - T1 )

1 2

V

Pada perubahan ini P1 = P2 = P

Panas yang diberikan :

Q = jumlah proses yang diberikan m = massa gas cp = konstanta gas pada tekanan tetap T2 - T1 = kenaikan temperatur

Proses Volume Konstan (Isovolum) Adalah proses perubahan keadaan yang terjadi pada volume tetap. Dalam diagram P - V proses ini berupa garis lurus sejajar sumbu P. P 2 1 V

TOTO/UNJ/ hr/06

Page 29: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

Dalam perubahan ini

V2 = V1 = V

Panas yang diberikan : Q = m.cv (T2 - T1)

cv = konstanta gas pada volume konstan

Proses Temperatur Tetap (Isotermal).

Adalah proses perubahan keadaan yang terjadi pada temperatur tetap. Dalam diagram P

- V, proses ini berupa garis lengkung.

P 2

29

1

V Proses Adiabatis. Adalah proses perubahan keadaan yang terjadi tanpa ada pemberian maupun

pengeluaran panas. Dalam diagram P - V, proses ini berupa garis lengkung yang lebih

curam dibanding garis isoterm.

P

2 2222 1

V

1

2

ln11VVVPQ =

Pada perubahan ini

Pada perubahan adiabatis terdapat hubungan :

P V K = konstan

k = cp / cv

TOTO/UNJ/ hr/06

Page 30: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

Proses polytrop.

Merupakan proses termodinamika secara umum. Seharusnya seluruh proses

termodinamika adalah polytrop. Secara sistematis proses polytrop ditulis sebagai :

30

Tn

= konstan P vn = konstan T V n - 1 = konstan

P n - 1

Dalam diagram P - V bentuk proses polytrop tergantung pada besarnya harga eksponen n.

P n = N

n = k

n = 0

V

k - n

Q = (P1 V1 - P2 V2)

k - 1

Harga :

Cn - Cp

n =

Cn - Cv

Cn = kalor jenis gas pada perubahan polytrop, untuk :

n = Cn = Cv m (Isovolum)

n = 0 Cn = Cp (Isobar)

n = 1 pv = c (Isoterm)

n = k pv K = c (Adiabatis)

Untuk proses Isentalpi dan proses Isentropi belum dibahas dalam buku ini.

TOTO/UNJ/ hr/06

Page 31: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

Specific Heats of Gases and Vapors

Substance Cp Cv Cp Cv

Air

Alcohol (Ethyl)

Ammonia

Carbon Dioxide

Carbon Monoxide

Hydrogen

Nitrogen

Sulphur Dioxide

0.23788

0.4534

0.5228

0.2012

0.2426

3.4062

0.2438

0.1544

0.1691

0.3991

0.3991

0.1548

0.1729

2.419

0.1729

0.1225

1.4066

1.136

1.31

1.30

1.403

1.41

1.41

1.26

(The values given above are average values over a range of temperatures).

10. Sistim Satuan Internasional Satuan SI adalah suatu satuan desimal yang sederhana dan logis, sehingga dapat

memberikan kemudahan pembacaannya. Selain satuan internasional masih terdapat satuan-satuan lainya yang banyak juga

digunakan British dan Metris, maka untuk memudahkan pembacaan maka perlu dikonversikan ke Sistim Satuan Internasional.

10.1. Ukuran Panjang. Dalam Sistem Internasional terdapat 2 (dua) standar untuk ukuran panjang yaitu

pembagian skala imperial dan pembagian skala metris. 10.1.1. Pembagian Skala Imperial. Satuan ukuran panjang digunakan inchi, diamana satuan inchi adalah satuan

pengukuran yang banyak digunakan dalam lapangan teknik. Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang menuntut ketelitian/ketepatan, maka

satuan inchi dapat dibagi dalam beberapa bagian yaitu 1/2, 1/4. 1/8 dan 1/16 inchi dan untuk pengukuran yang lebih teliti dapat menggunakan peralatan khusus.

31 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 32: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

10.1.2. Pembagian Skala Metris. Dalam skala ini, dimana alat ukur menggunakan satuan dalam milli meter, biasa

tersedia dalam ukuran 1/1 atau 1/2 mm, sedangkan ukuran selebihnya dapat dibaca dalam perkiraan.

Ukuran panjang selain menggunakan inchi, juga banyak digunakan centimeter, meter, kilometer dan mill dan untuk pengukuran lebih teliti / halus, maka digunakan dalam mikrometer.

10.2. Ukuran Berat. Berat adalah besaran massa yang terkandung pada gravitasi bumi dimana benda itu

berada, jadi berat adalah massa dikalikan grafitasi. G = m x g Sedangkan massa adalah banyaknya zat atau materi yang dikandung oleh suatu

benda, untuk satuan massa adalah kilogram (kg massa). Satu Kg massa adalah satu kilogram air murni dengan suhu empat derajat celcius.

Dalam standar internasional satuan dari berat adalah dengan simbol kilogram (kg). sedangkan satuan yang terkecilnya adalah gram dan terbesar adalah ton, diamana :

ton = 1000 kg gram = 0,001 kg 10.3. Volume. Volume adalah isi dari suatu bentuk, dimana satuan untuk volume adalah satuan

panjang berpangkat tiga (M3). Satu meter kubik adalah volume sebuah kubus dengan sebuah rusuk yang panjangnya satu meter.

Dalam standar internasional satuan volume adalah dengan simbol meter kubik (m3). Volume juga dapat ditentukan dengan satuan liter dimana m3 = 1000 liter Biasanya liter digunakan untuk volume benda cair, sedang meter kubik untuk satuan

benda padat. 10.4. Tekanan. Tekanan adalah gaya yang bekerja pada sebuah ruang tertentu, diukur dalam satuan

Newton per meter peersegi (N/m2), juga sering ditulis dengan Pascal (Pa). Pascal merupakan satuan yang lebih kecil, dimana : Pa = 1 N/m2

Karena satuan ini terlalu kecil, maka dikonversikan kedalam satuan yang lebih besar

yaitu Bar.

32 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 33: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

Satuan lain dari tekanan yang digunakan adalah satuan metris adalah kgt/cm2 disebut juga atmosfer (at). Dalam satuan British digunakan pound per inchi pangkat dua (PSI), dimana tekanan sebesar 14,6959 PSI pada suhu 0oC dinamakan atmosfer fisik (ATM) yang ekivalen dengan tekanan yang ditunjukkan kolom air raksa setinggi 760 mm, dimana :

1 mm Hg = 1 g/cm2

Tekanan dapat dibedakan menjadi 3 macam, yaitu : - Tekanan terukur - Tekanan absolut - Tekanan vacum

- Tekanan Terukur. Adalah tekanan yang nilainya diatas tekanan atmosfir, contoh tekanan pada tangki

kompresor . - Tekanan Absolut. Adalah tekanan yang titik nolnya dimulai dari nol Barometer atau tekanan terukur +

tekanan atmosfir, contoh bila tekanan terukur (gauge) menunjukkan 6 Bar + 1,013 Bar = 7,013 Bar absolut.

- Tekanan Vakum. Adalah tekanan yang nilainya dibawah tekanan atmosfir, contoh tekanan pada

kondensor.

10.5. Temperatur Temperatur adalah tingkat derajat panas. Dalam satuan internasional satuan untuk

temperatur adalah dengan simbul oC (derajat celcius). Selain derajat celcius terdapat oR (Rankine), oF (Fahrenheit), oK (Kelvin). Derajat Celcius dan Fahrenheit mengambil titik standar bawah adalah 0oC dan 32oF pada saat suhu es mencair dan kondisinya berada pada tekanan 760 mm Hg. Sedangkan titik standar atas 100oC dan 212oF diambil pada suhu didih air dengan tekanan 760 mm Hg.

Makin besar tekanan makin tinggi titik didih air. Dari kedua satuan di atas diperoleh

perbandingan skala yaitu 5 skala untuk derajat Celcius dan 9 skala untuk derajat Fahrenheit. Untuk mengkonversikan dari Celcius ke Fahrenheit atau sebaliknya adalah sebagai berikut :

100 oC = 9/5 x (100 + 32) oF 212 oF = 5/9 x (212 - 32) oC

Selain itu dikenal temperatur absolut, yaitu temperatur pada -273,15 oC atau biasanya disebut dengan 0 oKelvin, dengan demikian berarti :

0 oK = -273,15 oC 273,15 oK = 0 oC 373,15 oK = 100 oC

33 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 34: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

10.6. Konversi Satuan Ukuran antara Metris, SI dan British.

Length

millimetre

mm centimetre

cm metre

m inch in

foot ft

yard yd

1 10

1000 25.4 304.8 914.4

0.1 1

100 2.54 30.48 91.44

0.001 0.01

1 0.0254 0.3048 0.9144

0.0394 0.3937

39.3701 1 12 36

0.0033 0.0328 3.2808 0.0833

1 3

0.0011 0.0109 1.0936 0.0278 0.3333

1

1 kilometre = 1000 metre = 0.62137 miles 1 mile = 1609.34 metres = 1.60934 kilometres

Area

square

millimetre mm2

square centimetre

cm2

square metre

m2

square nch in2

square foot ft2

square yard yd2

1

100 106

645.16 92 903 836 127

0.01

1 10 000 6.4516 929.03 8361.27

10-6

10-4

1 6.452 x 10-4

0.093 0.836

1.55 x 10-3

0.155 1550

1 144

1296

1.076 x 10-5

1.076 x 10-3

10.764 6.994 x 10-3

1 9

1.196 x 10-6

1.196 x 10-4

1.196 7.716 x 10-4

0.111 1

Volume

cubic millimetre

mm3

cubic centimetre

cm3

cubic metre

m3

cubic nch in3

cubic foot ft3

cubic yard yd3

1

1000 109

16 387 2.832 x 107

7.646 x 108

0.001

1 106

16.39 2.832 x 104

7.646 x 105

10-9

10-6

1 1.639 x 10-5

0.0283 0.7646

6.1 x 10-5

0.061 61.024

1 1728

46 656

3.531 x 10-8

3.531 x 10-5

35.31 5.787 x 10-4

1 27

1.308 x 10-9

1.308 x 10-6

1.308 2.143 x 10-5

0.0370 1

34 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 35: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

Volume ( Capasity )

litre

l cubic metre

m3milli litre

ml UK gallon

UK gal US gallon

US gal cubic foot

ft3

1

1000 0.001 4.546 3.785 28.317

0.001

1 10-6

0.004 55 0.003 78 0.0283

1000 106

1 4546 3785

28 317

0.22 220

2.2 x 10-4

1.201 1

7.4805

0.2642 264.2

2.642 x 10-4

1.201 1

7.4805

0.0353 35.3147

3.53 x 10-5

0.1605 0.1337

1

Pressure and Liquid Head

bar (105

N/m2) bar

millibar (102

N/m2) mbar

pascal (1 N/m2)

Pa

Kilogram - force

per square centimetre kgf / cm2

pound - force per square

inch lbf / in2

foot of water

ft H2O

metre of water

m H2O

millimetre of

mercury mm Hg

inch of mercury

in Hg

1

0.001 10-5

0.981 0.069 0.03

0.098 0.0013 0.0339

1000

1 0.01

980.7 68.95 29.89 98.07 1.333 33.86

105

100 1

98 067 6895 2989 9807 133.3 3386

1.02

1.02 x 10-3

1.02 x 10-5

1 0.0703 0.0305

0.1 0.0014 0.0345

14.5

0.0145 1.45 x 10-4

14.22 1

0.433 1.42

0.019 0.491

33.445 0.033

3.3 x 10-4

32.808 2.307

1 3.28

0.045 1.333

10.2

0.0102 1.02 x 10-

4

10.0 0.703 0.305

1 0.014 0.345

750.1 0.75

0.0075 735.6 51.71 22.42 73.55

1 25.4

29.53 0.029

2.95 x 10-

4

28.96 2.036 0.883 2.896 0.039

1

One millimetre head of mercury (1 mm Hg) is also known by the name ‘ torr ‘ The international standard atmosphere (1 atm) = 1.01325 bar = 14.6959 lbf/in2

The technical (metric) atmosphere (1 at) = 0.980 66 bar = 14.2233 lbf / in2

The conventional reference conditions known as ‘ standard temperature and pressure ‘ (s.t.p) are : 1.01325 bar (14.6959 lbf / in2) at 00C. The standard reference conditions (s.t.) for gas, as defined by the International Gas Union, are : 1.01325 bar at 150C and dry. These conditions may also be referred to as ‘ Metric Standard Conditions “ (MSC).

Stress megapascal (106 N / m2)

MPa

pound- force per square inch

lbf / in2

UK ton - force per square

inch UK tonf / in2

kilogram - force per square centimetre kgf / cm2

kilogram - force per square millimetre kgf / mm2

1

0.0069 15.44

0.0981 9.807

145 1

2240 14.22 1422

0.0647

4.464 x 10-4

1 0.0063 0.6350

10.197 0.0703 157.5

1 100

0.102

7.031 x 10-4

1.575 0.001

1

35 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 36: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

A ‘ pascal ’ is the special name for one newton per square metre ( 1 Pa = 1 N / m2 ) One megapascal is equal to one newton per square millimetre ( 1 Mpa = 1 N / mm2 )

Moment of Force

newton metre N m

Kilonewton metre kN m

kilogram - force metre kgf m

pound - force inch lbf in

pound - force foot lbf ft

1

1000 9.807 0.113 1.356

0.001

1 0.0098

1.13 x 10-4

0.0014

0.102

101.972 1

0.0115 0.138

8.85 8851 86.8

1 12

0.738 737.6 7.233 0.083

1

Velocity

metre per second

m / s

foot per second

ft / s

metre per minute

m / min

foot per minute

ft / min

kilometre per hour km / h

mile per hour mile / h

1

0.305 0.017 0.005 0.278 0.447

3.281

1 0.055 0.017 0.911 1.467

60

18.288 1

0.305 16.667 26.822

196.85

60 3.281

1 54.68

88

3.6

1.0973 0.06

0.0183 1

1.6093

2.2369 0.6818 0.0373 0.0114 0.6214

1

Mass

kilogram kg

pound lb

hundredweight cwt

tonne t

UK ton ton

US ton sh tn

1

0.454 50.802 1000 1016 907.2

2.205

1 112

2204.6 2240 2000

0.0197 0.0089

1 19.684

20 17.857

0.001

4.54 x 10-4

0.0508 1

1.0161 0,9072

9.84 x 10-4

4.46 x 10-4

0.05 0.9842

1 0.8929

0.0011

5.0 x 10-4

0.056 1.1023 1.12

1

36 TOTO/UNJ/ hr/06

Page 37: 1. Termodinamika

PT PLN (Persero) JASDIK UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA Termodinamika & Perpindahan Panas _____________________________________________________________________________________

Mass Flow Rate

kilogram

per second kg / s

pound per second

lb / s

kilogram per hour

kg / h

pound per hour

lb / h

UK ton per hour ton / h

tonne per hour

t / h 1

0.454 2.78 x 10-4

1.26 x 10-4

0.282 0.278

2.205

1 6.12 x 10-4

2.78 x 10-4

0.622 0.612

3600 1633

1 0.454 1016 1000

7936.64

3600 2.205

1 2240

2204.6

3.5431 1.607

9.84 x 10-4

4.46 x 10-4

1 0.9842

3.6

1.633 0.001

4.54 x 10-4

1.016 1

Volumetric Rate of Flow

litre per second

l / s

litre per minute

l / min

cubic metre per hour

m3 / h

cubic foot per hour

ft3 / h

cubic foot per minute

ft3 / min

UK gallon per minute

UK gal / min

US gallon per minute

US gal / min

US barrel per day

US barrel / d

1

0.017 0.278 0.008 0.472 0.076 0.063 0.002

60 1

16.667 0.472

28.317 4.546 3.785 0.110

3.6

0.06 1

0.0283 1.6990 0.2728 0.2271 0.0066

127.133 2.1189

35.3147 1

60 9.6326 8.0209 0.2339

2.1189 0.0353 0.5886 0.0167

1 0.1605 0.1337 0.0039

13.2 0.22

3.666 0.104 6.229

1 0.833 0.024

15.85 0.264 4.403 0.125 7.480 1.201

1 0.029

543.439

9.057 150.955

4.275 256.475 41.175 34.286

1

37 TOTO/UNJ/ hr/06