169555536 1 1 besaran thermodinamika fix

34
Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Upload: alfa

Post on 09-Dec-2015

43 views

Category:

Documents


6 download

DESCRIPTION

saling berbagi

TRANSCRIPT

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

BAGIAN I :BESARAN

THERMODINAMIKA

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Skala temperatur digunakan sebagai indikator keseimbangan panas (thermal), dimana setiap dua benda yang bersentuhan dengan kondisi yang sama adalah dalam keseimbangan.

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Skala Celsius OC Ini adalah skala temperatur yang

banyak digunakan, dengan temperatur nol yang cocok, yaitu temperatur dimana air mulai membeku

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Skala mutlak Kelvin K Ini adalah skala temperatur yang kenaikan skalanya sama

dengan skala Celsius, tetapi dengan skala nol temperatur yang paling rendah ketika semua molekul atau atom-atom benda berhenti bergerak.

temperatur ini menjadi acuan temperatur nol mutlak K dan setara dengan -273,15 OC.

K = OC + 273,15

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Satuan temperatur standar internasional, SI adalah derajat Kelvin (K).

Sedangkan satuan yang digunakan pada satuan Inggris, I-P (inch-pound) adalah derajat Fahrenhait (OF).

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Macam Satuan Temperatur dan konversinya: Derajat Fahrenheit oF = 9/5 oC +32 Derajat Celsius: oC = 5/9 (oF – 32) Kelvin K = oC + 273,15 (tanpa

derajat) Derajat Rankine: oR= oF + 459,67 (bukan

Reamur!)

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Satuan tekanan SI adalah pascal Pa, yang didefinisikan sebagai satu newton gaya per meter persegi (1 N/m2). Karena satuan pascal terlalu kecil, maka cenderung digunakan kPa (kilo newton/m2) atau Mpa (mega newton/m2).

Namun yang paling umum digunakan adalah satuan metrik: atmosfer (atm) atau bar (kilogram gaya per centimeter per segi = kg/cm2)

1 atm = 1.01325 bar 1 bar = 105 pascal = 0.1 Mpa

Satuan lainnya yang sering digunakan meliputi satuan British psi (puond per inci persegi lb/in2) ataupun satuan tinggi kolom air H2O (mm H2O, in H2O) dan tinggi kolom air raksa Hg (mm Hg, in Hg); pengkonversiannya dapat dilakukan dengan mesin konversi.

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Tekanan mutlak (absolute pressure), bar.a Ini adalah tekanan yang diukur mulai dari acuan

tekanan vakum sempurna, dimana tekanan vakum sempurna dianggap nol bar a (o bar absolute).

Tekanan gauge, bar (bar g) Ini adalah tekanan yang diukur mulai dari acuan

tekanan udara luar atmosfer, dimana tekanan udara luar atmosfer dianggap nol bar g (o bar gauge) - sering ditulis dengan satuan bar saja. Walaupun tekanan udara luar tergantung pada cuaca dan ketinggian, umumnya dianggap 1.01325 bar a (1 atm) – tekanan udara luar atmosfer pada permukaan laut dengan temperatur 25 OC.

 Beda tekanan (differential pressure) Ini adalah beda antara dua tekanan. Ketika

menentukan beda tekanan, tidak diperlukan menentukan tekanan gauge atau absolute, asalkan kedua tekanan diukur dengan acuan yang sama.

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

SI: p = F/A (kg.m/s2)/m2 = N/m2 = P = pascal

Satuan Inggris (I-P): 1 lbf/in2 = 1 psi psi = pound force per square inch

psia = pound force per square inch absolutepsig =pound force per square inch gage

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Barometer: alat pengukur tekanan absolut udara Manometer: alat pengukur perbedaan tekanan Bourdon tube gage: alat pengukur tekanan secara

mekanik, dapat mengukur tekanan gage maupun absolut (umumnya gage)

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Barometer Manometer Bourdon Tube Gage

Densiti ρ suatu bahan didefinisikan sebagai masa bahan m per satu satuan voluma V. Voluma jenis vg adalah voluma pr satuan masa, kebalikan dari densiti.

dimana: ρ = densiti [kg/m3]untuk SI dan [lbm/ft3 ], untuk satuan Inggrism = masa [kg]untuk SI dan [lbm], untuk satuan InggrisV = volume [m3]untuk SI dan [ ft3], untuk satuan

Inggrisvg = volume jenis [m3/kg] untuk SI dan [ ft3/lbm], untuk satuan Inggris

Satuan lain yang digunakan adalah berat jenis (specific gravity), yaitu perbandingan densiti bahan tersebut ρs dengan densiti air murni ρw pada temperatur dan tekanan standar (STP). Kondisi acuan ini ditetapkan dengan tekanan udara luar dan temperatur 0 OC. Kadang-kadang dengan temperatur 20 OC atau 25 OC dan disebut acuan temperatur tekanan normal (NTP).

Densiti air murni pada NTP dianggap 1000 kg/m3. Karena berat jenis adalah perbandingan dua densiti, maka berat jenis adalah tanpa dimensi ukuran dan satuan. Berat jenis disebut juga densiti relatif suatu bahan.

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Energi diartikan sebagai kemampuan melakukan kerja.

Pemindahan energi dengan cara gerak mekanik disebut kerja (work).

Pemindahan energi karena thermal contact, yaitu karena ada perbedaan temperatur disebut panas (heat)

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Satuan SI untuk kerja dan energi adalah joule, ditetapkan sebagai 1 Nm (1 joule = 1 Newton Meter).

Satuan Inggrisnya adalah BTU (British Thermal Unit).

Satuan lain yang juga dipakai adalah kaloriBTU => jumlah panas untuk menaikkan temperatur 1 lb air murni sebesar 1 OF Kalori => jumlah panas untuk menaikkan temperatur 1 g air murni sebesar 1 OC

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Jumlah kerja mekanik yang dilakukan dapat ditentukan dengan persamaan turunan dari mekanika Newtonian:

Kerja w = gaya F x jarak tempuh s

Dapat juga dijelaskan sebagai hasil kali dari tekanan yang diberikan dengan perubahan volume.

Kerja w = tekanan p x perubahan volume dV

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Contoh: Suatu tekanan yang diberikan p = 10 Pa, telah merubah voluma sebesar dV = 3 m3. Berapa kerja yang dilakukan?

Kerja yang dilakukan w = p x dV = 10 N/m2 x 3 m3 = 30 Nm = 30 joule = 30 J

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Energi total pada suatu sistem terdiri dari : 1. Energi dalam2. Energi potensial dan 3. Energi kinetik

Temperatur bahan berhubungan langsung dengan energi dalam ug (internal energy). Energi dalam berhubungan dengan gerak, interaksi dan ikatan molekul dalam bahan.

Energi luar (external energy) suatu bahan berhubungan dengan kecepatan (energi kinetik) dan lokasinya (energi potensial).

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Daya adalah aliran energi/panas tiap detik

Satuan SI untuk daya adalah Watt atau Joule per detik (1 J/s).

Satuan Inggrisnya adalah BTU/hour Pengkonversian satuan dapat

dilakukan dengan menggunakan program konversi satuan.

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Entalpi (H) adalah jumlah energi internal dan kerja yang dilakukan oleh tekanan tersedia, Entalpi ditentukan oleh temperatur dan tekanan.

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Satuan dasar ukurannya adalah joule (J). Tapi karena ukuran satu joule terlalu kecil, biasanya digunakan ukuran kilojoule kJ (1 kJ = 1000 J).

Entalpi jenis (h) adalah suatu ukuran energi total dari satu satuan massa, dan biasanya dinyatakan dalam kJ/kg.

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Kapasitas panas tekanan tetap cp, adalah suatu ukuran perubahan entalpi pada temperatur tertentu.

Energi dalam suatu fluida ditentukan oleh temperatur dan volume jenis.

Kapasitas panas volume tetap cv adalah suatu ukuran perubahan energi dalam, u pada temperatur tertentu dengan volume tetap.

Untuk benda padat dan cair, cp ≈ cv

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Jumlah energi panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur suatu materi (cair, gas, padat) dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

Q = m. cp.∆T

dimana: Q = jumlah energi panas (kJ)m = masa substansi (kg)cp = kapasitas panas jenis

substansi (kJ/kg.OC)∆T = kenaikan temperatur (OC)

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Contoh

Air sebanyak 2 liter dinaikkan temperaturnya dari 20 OC ke 70 OC. Pada tekanan udara luar, berat jenis air adalah 1000 kg/m3 (1 kg/ltr). Kapasitas panas jenis air 4.19 kJ/kg.OC pada rentang temperatur rendah.

Oleh karena itu : Q = 2 kg x 4.19 kJ/kg.OC x (70 OC - 20 OC) = 419 Kj

Jika kemudian air tersebut didinginkan kembali ke temperatur awalnya 20 OC, maka air itu akan melepas panas sebesar 419 kJ tersebut ke pendingin.

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Entropi (S) adalah ukuran tingkat ketidak-teraturan dalam suatu sistem. Semakin besar tingkat ketidak-teraturan, semakin tinggi entropi. Satuan SI entropi adalah kJ/kg.K (kJ/kg.OC).

Perubahan entropi suatu sistem disebabkan oleh perubahan kandungan panasnya, dimana perubahan entropi adalah sama dengan perubahan panasnya dibagi dengan temperatur mutlak (absolute) rata-ratanya, sesuai persamaan berikut.

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

- Dalam benda padat, molekul benda tersusun dengan struktur yang teratur. -Ketika benda berubah dari padat menjadi cair, atau dari cair menjadi gas, susunan molekul menjadi lebih tidak teratur, karena akan bergerak lebih bebas. - Entropi suatu materi pada fasa gas akan lebih besar dari pada fasa cair, dan entropinya pada fasa cair akan lebih besar dari pada fasa padat.

Contoh: Suatu proses menaikkan temperatur 1 kg air dari 0 hingga 100 OC (dari 273 K ke 373 K) ada kondisi udara luar.Entalpi jenis pada 0 OC (hf) = 0 kJ/kg (dari tabel uap)Entalpi jenis pada 100 OC (hf) = 419 kJ/kg (dari tabel uap)

Hitunglah perubahan entropi jenisnya.Karena hal ini adalah perubahan entropi jenis air, simbol s menjadi sf

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Contoh :Suatu proses mengubah 1 kg air temperatur 100 OC (373 K) menjadi uap jenuh 100 OC (373 K) pada kondisi udara luar.

Hitung perubahan entropi jenis evaporasi.Karena ini merupakan perubahan keandaan, simbol s menjadi sfg.Entalpi jenis evaporasi hfg uap pada 100 OC (373 K) = 2.258 kJ/kg (dari tabel uap)Entalpi jenis evaporasi hfg air pada 100 OC (373 K) = 0 kJ/kg (dari tabel uap)Perubahan entalpi jenis (∆h)

Sehingga:    

Perubahan total entropi jenis dari air 0OC menjadi uap jenuh 100OC adalah jumlah perubahan entropi jenis air dan perubahan entropi jenis untuk uap, dengan simbol g menyebabkan perubahan entropi totalnya sg. Sehingga:Perubahan entropi jenis (∆sg) = ∆sf + ∆sfg

∆sg = (1,297 + 6,054) kJ/kg.K (dari contoh diatas)

= 7,351 kJ/kg.KBerbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

ContohSuatu proses pemanasan lanjut 1 kg uap jenuh bertekanan udara luar menjadi 150 OC (423 K); tentuken perubahan entropinya.Entalpi total jenis uap jenuh hg bertekanan udara luar dan bertemperatur 100 OC (373 K) adalah:

hg = 2.675 kJ/kg (dari tabel uap)

Entalpi total jenis uap jenuh hg bertekanan udara luar dan bertemperatur 150 OC (423 K) adalah:

hg = 2.777 kJ/kg (dari tabel uap)

Perubahan entalpi jenis (∆h) = (2.777 – 2.675) kJ/kg ∆h = 102 kJ/kg

temperatur mutlak rata-rata ∆T = (373 + 423)/2 = 398 K

Perubahan entropi jenis ∆s = ∆h /∆T = (102/398) kJ/kg.K = 0,256 kJ/kg.K

Perubahan total entropi jenis ∆s = ∆sg + entropi tambahan karena pemanasan lanjut ∆s ∆s = (7,351 + 0,256) kJ/kg.K = 7,607 kJ/kg.KKarena entropi air jenuh diukur dari acuan 0,01 OC, entropi air pada 0 OC untuk praktisnya dapat dianggap 0. Perubahan total entropi jenis pada contoh ini didasarkan pada temperatur awal 0 OC, sehingga hasil akhir yang diperoleh sangat mendekati entropi jenis pada tabel uap

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

Sifat-sifat air (H2O), seperti densiti, volume jenis, entalpi jenis, entropi jenis, kapasitas panas jenis, dll, baik dalam fasa cair, uap, atau campuran, dapat dicari dengan menggunakan :1. Tabel Uap manual 2. Program Tabel Uap

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan