bab ii
Post on 19-Mar-2016
69 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
BAB II
EKSERGI DANBESARAN TERMODINAMIS
HUKUM I TERMODINAMIKA
Energy and matter cannot be created or destroyed nor produced or consumed.
There are no sources or sinks for energy and matter.
Energy and matter can only be converted into different forms.
HUKUM II TERMODINAMIKA
Energi dan benda dapat diubah ke bentuk lain dengan mengkonsumsi KUALITAS energi/benda tersebut.
Kualitas dapat ditingkatkan; akan tetapi hal ini hanya dapat dilakukan dengan “biaya” besar yang berupa penurunan kualitas yang lebih besar di tempat lain.
Menurut Hukum II Termodinamika, kualitas energi selalu menurun setiap energi digunakan dalam suatu proses.
“Kualitas energi” disebut EKSERGI.
Eksergi suatu sistem adalah jumlah maksimum energi yang dapat diubah menjadi usaha/kerja hingga sistem tersebut mencapai keadaan keseimbangan dengan lingkungan.
Menurut Hukum II Termodinamika, energi termal tidak dapat digunakan sepenuhnya / tidak dapat diubah 100% menjadi usaha karena kita berada di lingkungan dengan tekanan dan temperatur atmosferis.
Eksergi diukur secara relatif terhadap keadaan kese-imbangan dimana tidak ada gradien apapun (temperatur,
tekanan, density, komposisi kimia, medan gravitasi dan elektro-magnetik).
Eksergi dari suatu subsistem adalah ukuran seberapa besar “jarak”-nya dari keseimbangan
• Eksergi mekanik = EK
• Eksergi termal = Q
Konsep ini sangat penting dalam perancangan mesin-mesin yang efisien energinya
Gambar bahan bakar yang terbakar
Untuk senyawa bukan bahan bakar, eksergi kimia merupakan suatu ukuran untuk membedakannya
dengan lingkungan sekeliling.
Bahan tambang kualitas tinggi memiliki kandungan eksergi lebih tinggi daripada yang kualitasnya rendah,
sehingga diperlukan energi untuk meningkatkan kualitasnya.
Panas pembakaran (enthalpy) dari bahan bakar kurang lebih sama dengan kandungan ekserginya
Eksergi juga merupakan suatu konsep yang penting untuk memahami proses-proses yang terjadi dalam kehidupan.
Struktur-struktur yang sudah mati akan berubah menjadi struktur yang terorganisir dan dapat berkembang (hidup)
dengan cara mengubah dan menghancurkan sebagian eksergi
Alam menciptakan keadaan yang jauh dari keadaan keseimbangan di Bumi melalui design ulang tanpa henti
terhadap lingkungan dengan tenaga yang berasal dari eksergi sinar matahari
Eksergi merupakan selisih enthalpy bebas (energi Gibbs) antara pembawa energi dengan senyawa
referensi di lingkungan alam
Air laut memiliki U ataupun H yang luar biasa besar, akan tetapi kita tidak bisa memanfaatkannya karena
berada dalam keseimbangan dengan lingkungan alam.
afinitas air laut terhadap lingkungan bumi = 0
Senyawa pada T > Tatm atau T < Tatm mengandung sejumlah energi yang dapat diubah menjadi kerja,
sehingga E > 0
Gas pada P > Patm atau P < Patm E > 0
Eair laut = 0
Energi dari alam semesta selalu konstan, tetapi eksergi selalu berkurang.
Hal ini dapat digambarkan dengan tube pasta gigi.
Jika kita membeli energi dari PLN, sebenarnya yang kita beli adalah eksergi.
Kita tidak bisa mengambil kembali energi panas dari ruangan dan mengembalikannya ke PLN untuk ditukar dengan uang.
Kalau lampu listrik yang kita nyalakan cukup besar, maka lama kelamaan ruangan akan terasa hangat.
KONSUMSI EKSERGI DI ALAM
Matahari menyinari seluruh permukaan bumi dengan intensitas yang sama.
Berbagai tempat di permukaan bumi memiliki kualitas biologis yang berbda-beda, sehingga sifat-sifatnyapun berbeda-beda.
Hal ini berakibat pada perbedaan konsumsi eksergi.
HUKUM II TERMODINAMIKA PADA HEAT ENGINE
EKSERGI SUATU SENYAWA
Eksergi fisik Eksergi kimiawi
Berhubungan dengan:• perubahan temperatur
(ekergi termal)• perubahan tekanan (eksergi
tekanan, eksergi dinamis)• perubahan konsentrasi
(eksergi pencampuran
Berhubungan dengan perubahan komposisi kimiawi senyawa
EKSERGI DAN PANAS
TTT
QQQWE rev0
0
Q
Q
Q0
Sumber panas pada temperatur tinggi T
Lingkungan pada temperatur rendah T0
Kerja yang dilakukan:
Konversi panas Q menjadi kerja Wrev melalui suatu reversible heat engine antara temperatur tinggi T dan temperatur lingkungan T0
Energi termal, Q0 = Q – E = Q (T0/T), yang dilepaskan dari mesin ke sekeliling pada temperatur T0 tidak dapat
dimanfaatkan, dan itu disebut anergi:
Anergi = Energi – Eksergi
Efisiensi dari het engine yang beroperasi secara reversibel, rev
(= Wrev/Q), menyatakan energy availability Q dari sejumlah panas Q pada temperatur T:
TT
QE
QWrev
Q01
Jika heat engine beroperasi secara irreversibel, maka jumlah kerja, Wirr, yang diperoleh dari sejumlah energi termal Q lebih
kecil daripada jumlah maksimum kerja, Wrev, dan tentu saja lebih kecil daripada eksergi (E) dari energi termal Q pada
temperatur T :
revirrirr WEEW
EKSERGI DAN TEKANAN
V PV0 P0
P0 0P
Prev dVPW
Kerja yang dilakukan adalah melawan tekanan atmosferis P0, yaitu kerja untuk me-mindahkan sejumlah ter-tentu gas atmosferis.
Kerja ini tidak dapat diguna-kan, sehingga available work ekivalen dengan eksergi E dan lebih kecil daripada Wrev
Tekanan PTemperatur T0
Tekanan lingkungan P0 dan temperatur T0
Eksergi dari gas pada tekanan tinggi P yang mengalami ekspansi ke tekanan rendah P0 pada temperatur konstan T0
0
0
P
Prev dVPPW
Jika P >> P0 Wrev E
PV = nRT0
Persamaan gas ideal pada temperatur konstan T0:
Eksergi molar dari gas yang mengalami proses perubahan tekanan adalah:
P dV + V dP = 0
dPP
nRTdP
PV
dV
2
0
000 ln
0
PP
nRTP
dPnRTWE
P
Prev
000
0 ln ssTPP
RT
top related