termodinamika dasar (1)
Post on 03-Apr-2018
240 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
1/62
Termodinamika:
hubungan antara lingkungan dan
sistem
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
2/62
Working fluid
(fluida kerja)
fluida kerja : ada 2 macam
Perpeck gas (gas ideal) satu wujudkesetimbangan, contoh Udara, gas pembakaran
Pure substance (gas murni)= satu phase, duaphase, tiga phasen dalam kesetimbangan , contohAir dan Refrigeran
Fluida kerja Untuk mentransfer energi , merubah
energi . Panas menjadi kerja , kerja menjadi panas, membuang panas atau menerima panas
Mempunyai kemampuan untuk deformasi misal:kompresi,expansi.
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
3/62
Pure substance ( zat murni )
Zat murni bisa berupa Single phase atau
campuran( dua phase), tiga phase (cair padat dan
uap dalam keadaan setimbang) pada temperatur
sama atau disebut dengan triple point Uap basah adalah campuran antara air dan uap
dalam keadaan setimbang ( uap basah)
Air dan es pada temperatur yang sama 0Cdisebut dalam keadaan setimbang
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
4/62
Makroskopic dan mikroskopic
Makroskopik adalah besaran yang dapat
diukur seperti : tekanan, volume, dan
temperatur
Mikroskopik adalah besaran yang tidak dapat
diukur, tetapi dapat dilihat perilakunya dalam
laboratorium seperti Atom dan molukil
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
5/62
Properties dan state
Properties ada 2 macam :
Extensive dan intiensive
Properties Extensive : dipengaruhi oleh massaseperti : volume dan energi
Properties intesive :tidak dipengaruhi oleh
massa , seperti : tekanan ,temperatur
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
6/62
Phase (wujud)
Secara alami phase (wujud) dapat berupa : padat
, cair, gas dan campuran dalam keadaan
setimbang
single phase ( satu wujud ): padat, cair, Gas(homogin)
Dua phase(dua wujut) :Campuran ,uap basah, air
es (hiterogin) dalam keadaan temperatur konstan Mencair ,menguap, mengembun (perubahan
phase)
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
7/62
proses
Proses perubahan keadaan suatu zat dari bentukawal ke bentuk lain contoh :
Es menjadi air (proses mencair)
Air menjadi uap (proses menguap) Uap menjadi air (proses mengembun )
Proses kompresi,ekpansi, pemanasan
,pendinginan dll Proses : Isobaris, Isochoris, Isotermal, Adiabatis,
iso entalphi(Throtling proses)
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
8/62
Siklus
Jika proses akir ketemu proses awal disebut
siklus (daur)
Siklus kumpulan dari proses2 yang saling
berhubungan dan kembali ke awal proses
Siklus Rankine untuk PLTU
Siklus Otto,Diesel,Brayton untuk motor bakar Siklus kompresi uap untuk mesin pendingin
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
9/62
Sistem
Sistem : terbuka , tertutup ,sistem satu aliran
Sistem terbuka : Selama proses ,ada laju perpindahanmassa ( air mengalir dalam pipa , Uap masuk dankeluar turbin,udara masuk dan keluar kompresor,orang
keluar masuk gedung dll) Sistem tertutup selama proses tidak ada laju
perpindahan massa (kompresi, ekpansi,aliranrefrigeran dalam mesin pendingin dll)
Sistem satu aliran (transient): selama prosesberlangsung tidak ada perpindahan massa tetapi adaperpindahan energi (merebus air dalamteko,memompa ban ,mengisi balon)
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
10/62
Energi aliran (kerja aliran)sistem
terbuka
VP
m
F
L
A
Energi/kerja aliran adalah energi yang diperlukanuntuk mendorong massa masuk atau keluar volume atur
Gaya, F = p.A
Kerja aliran :
Wflow = F.L = p.A.L = p.V (kJ)
Untuk satu satuan massa :
wflow = p.v (kJ/kg)
Volume Atur
p = tekanan fluida
v = volume spesifik fluida
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
11/62
Proses aliran tak tunak (transient)
Dalam volume atur terjadi perubahan massa
dan perubahan energi selama waktu tertentu
Contoh :
1) Pengisian/pengosongan tangki
2) Pengisian balon dengan udara
3) Pemompaan ban4) Proses memasak menggunakan uap
bertekanan
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
12/62
Energi total massa yang mengalir
Energi potensial
Energi kinetik
Energi internal
Energi aliran
Enthalpi
Em = m.e = m(pv + u + V2 +gz) = m(h + V2 + gz)
m
p,V,h
z Volume Atur
h=u+pv
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
13/62
Hukum kekekalan massa
atau
[mi] t [mo] t = [mVA] t = (m2 m1)VA (kg)
Jika t0, maka (kg/s)
tselamaVAdalam
massaPerubahantselamaVAkeluar
yangmassaJumlah
tselamaVAmasuk
yangmassaJumlah
)m(dt
dmm VA0i
Proses aliran tak tunak (transient)
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
14/62
Proses aliran tak tunak (transient)
z1
z2
W
Q
t
0iim iiii dtmemeem i
miei
moeo
t
0oom oooo dtmemeem o
VAooii
EememWQ
EVA
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
15/62
Proses Aliran Uniform
Perubahan keadaan VA berlangsung uniform Aliran fluida masuk/keluarVA bersifat tunak
Persamaan energi menjadi
Jika seluruh energi kinetik & potensial diabaikan
Jika mi = mo, maka persamaan di atas sama dengan persamaanenergi pada sistem tertutup
VA1122ooii ememememWQ
VA1122ooii umumhmhmWQ
UWQ
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
16/62
Proses Aliran Tunak
mVAProses Aliran Tunak= konstan, dan EVA =
konstan
z1
z2
W
Q
miei
mo=mieo
mVA=konstanEVA=konstan
Neraca massa : mi = mo
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
17/62
Kompresor
Conoh : Asumsi :
1) Aliran tunak
2) Ek dan Ep diabaikan
3) Kompresi adiabatis (Q=0) Persamaan energi
Q Ws= m(h + ek +ep)
atauWs = m(h1 h2) = variasi spesifikheat
= mcp(T1 T2) = konstan
spesifik heat
P1, T1, m
P2, T2
Ws
Q=0
0 0 0
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
18/62
Temperatur (K)
Temperatur digunakan untuk membedakan
benda panas atau dingin yang diujudkan
dalam bentuk pengukuran
Temperatur mutlak dalam satuan SI (Kelvin ,K)
Contoh :
t = 30o
T =30 +273 =303 K
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
19/62
Tekanan dan cara pengukuran
Tekanan = gaya : luasan
= N/m2
luasan kontak A
F p = F/A
Konversi tekanan
100 Kpa = 100 KN/m = 76 cm Hg = 14,7 Psi
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
20/62
Tekanan hidrostatis
P = gh (kN/m2)
= massa jenis ,dipengaruhi temperatur (
kg/m3)
g = grafetasi (m/s2)
h = ketinggihan cairan (m)
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
21/62
Tekanan udara
Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan
udara ,Barometer ( Pl)
Pl = Pv +Pa
Pl = tekanan lingkungan (Kpa)
Pv= tekanan parsial uap air (Kpa)
Pa= tekanan parsial udara kering (Kpa)
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
22/62
Tekanan absolut (mutlak)
Tekanan absolut adalah tekanan pengukuran
ditambah tekanan lingkungan.
Pab = Pg + Pl
Pg tekanan pengukuran
pl - tekanan lingkungan (atmosfir) Tekanan ini digunakan dalam membaca tabel
uap air
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
23/62
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
24/62
Manometer pipa U
Manometer pipa U dipakai untuk mengukur
tekanan yang kecil, karena pengukuran dalam
satuan mm,cm,m
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
25/62
Macam-macam alat ukur tekanan
Barometer : untuk mengukur tekanan udara
Syphon barometer :untuk mengukur tekanan
dalam bentuk pipa U ,salah satu ujungnya
terbuka
Aneroid barometer :
Manometer pipa U:
Tabung Bourdon :
Inclined manometer :
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
26/62
Soal -soal
1.Barometer menunjukan tekanan 70 cm Hg,
Koversikan kedalam satuan Kpa,Bar,Psi, KN/m
2. Tekanan uap 100 Kpa ,barometer menunjukan
tekanan 750 mm Hg.Berapa tekanan uap absolut dalam Bar
3.Pipa U menggunakan cairan Hg dengan massajenis 13,6 kg/m,beda ketinggian terukur 50cm,barometer menunjukan 76cm Hg
Berapa tekanan absolut dalam bejana.
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
27/62
Volume (m )
Volume adalah property yang diukur dalam
kibik
Jika volume substance membesar disebut
expansi
Jika volume substance mengecil disebut
kompresi
v =volume spesifik (m /kg
V = volume sejumlah massa (m )
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
28/62
Internal energi (energi dalam )
Energi dalam dinotasikan :
U energi dalam sejumlah massa substance
(KJ,J)
u - energi dalam spesifik (KJ/ m )
Energi dalam dipengaruhi oleh temperatur
Energi dalam : penjumlahan berapa energidalam partikel (energi geteran, energi
rotasi,energi kinetik, energi potensial )
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
29/62
Energi dalam (U,u)
Energi dalam untuk gas berhubungan dengan
volume :
U = mCv T (Kj)
u = Cv T (Kj/kg)
Energi dalam adalah suatu energi yang
dipengaruhi oleh temperatur,untuk volume
konstan seperti rumusan diatas.
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
30/62
Entaphi (H,h)
Entalphi adalah energi panas ,penjumlahan
antara energi dalam dan energi aliran
(deplacemen energi )
H = U + PV (Kj)
h = u + Pv (Kj/Kg)
Didalam uap air entalphi ada :
Hf= entalphi cairan pada temperatur jenuh (Kj)
Hfg=entalphi penguapan air (panas laten Kj)
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
31/62
Entalphi
hg = entalphi uap kering pada temperatur
jenuh (kj/kg)
Entalphi spesifik uap air
hf = entalphi spesifik air pada temperatur
jenuh (Kj/kg)
hfg = entalphi penguapan(panas laten)spesifik
pada temperatur jenuh (KJ/kg)
h = entalphi uap jenuh kering (Kj/kg)
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
32/62
Entalphi untuk gas
Entalphi untuk gas berhubungan dengan
tekanan
H = m Cp T (kJ)
h = Cp T (kJ/kg)
H = mCv T +mRT =m T(Cv +R)
Cv +R = Cp
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
33/62
Work (kerja )
Kerja adalah bentuk energi mekanik berupa
gerakan :translasi, rotasi
Kerja = transien quantity
W = kerja oleh sejumlah massa (Kj)
w = kerja spesifik,kerja setiap satu satuan
massa (Kj/kg)
Kerja setiap satu satuan waktu disebut daya
(W,KW)
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
34/62
Kerja dalam sistem tertutup
W = -U + Q
Kerja dalam sistem tertutup adalah tekanan
dikalikan perubahan volume
W = P V (Kj)
w = Pv (Kj/Kg)
Apabila perubahan volume ,temperatur dijaga
konstanselama proses, U = 0
W = Q
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
35/62
Kerja dalam sistem tertutup
Apabila selama proses tidak ada panas
masuk,keluar (proses adiabatis) Q = 0
W = U
= m Cv T (Kj)
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
36/62
Kerja dalam sistem terbuka
Kerja dalam sistem terbuka adalah selisih
antara energi masuk dikurangi energi keluar
sistem
W = energi masuk energi keluar
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
37/62
Heat (panas)
Q,q (kJ, kJ/kg)
Panas adalah energi yang dapat berpindah
karena beda temperatur
Selama perpindahan energi akan menimbul
kan beda temperatur
Panas adalah transient quantity
Selama proses lingkungan tidak mempen
garuhi sistem maka disebut proses adiabatis
Q = 0
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
38/62
Hubungan antara panas dan kerja
Apabila air dalam bejana dipanasi ,maka air
akan naik temperaturnya
Apabila air dalam bejana diaduk (kerja ) ,air
dalam bejana temperaturnya naik
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
39/62
Kapasitas panas spesifik
c (Kj/kgK)
Panas spesifik adalah panas yang diperlukan
setiap kg substance dengan kenaikan
temperatur 1 derajat
tekanan dijaga konstan = cp
Volume dijaga konstan = cv
Nilai c berubah-ubah sesuai dengan
temperatur awal, bila diasumsikan konstan
nilai c tetap(konstan)
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
40/62
Tabel nilai c
Substance C(Kj/kg
K)
Substance C(Kj/kg
K)
Sineubstance C(Kj/kg
K)
Alumin
ium
917 Steel 580 Ethylal
cohol
2303
Brass 385 Lead 130 Benzen
e
1718
Copper 394 Nickel 460 Ether 2219
Crown
glass
674 Tin 230 Glyceri
ne
2429
Castiron 477 Zinc 394 mercury 138
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
41/62
Contoh soal
5 kg steel, spesifik heat 480 J/kgK,dipanaskandari temperatur 374 menjadi 474 K
Berapa panas yang diperlukan
Jawab Q = 5 .480 (474-374 )
=240.000 (kg x J/kgK x K)
=240.000 (J) =240 (KJ)
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
42/62
Contoh soal
10 kg besi cor ,temperatur awal 473 K didingin
kan , panas yang hilang 715,5 KJ. Berapa
temperatur akhir besi cor tesebut
Jawab : c besi cor = 477 J/kgK
Q = m c T
-715500 = 10. 477 (t2 473)
t2 =(473- 373)-150
=50 C
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
43/62
Kalorimeter
Kalorimeter digunakan untuk mengukur nilai
kalor suatu zat atau spesifik heat
panas yang dilepaskan benda padat = panas
yang diterima oleh air ,dengan assumsi tidak
ada panas yang hilang
ms x c x(t2 -t) = mw x cp x(t-tt )
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
44/62
Contoh soal
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
45/62
Tekanan dan volume
Luasan pada P-V diagram menggambarkankerja selama proses
P
luasan = kerja = P (v2v1 )v1 v2
v
volume tekanan beban dari luar
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
46/62
Contoh soal
Gas diekspansikan dalam selinder dari volume
0,28 m ,menjadi 1,68 m ,tekanan 700 Kpa
dijaga konstan. Berapa kerja yang dihasilkan
Jawab :
Kerja (W) = P ( V2 V1)
= 700 ( 1,68 0,28 )
= 980 kJ
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
47/62
Conservasi energi
Energi dapat diubah kedalam bentuk energi
lain
Power station menguah energi bahan bakar
kedalam bentuk energi mekanik
Jumlah energi dalam suatu sistem konstan
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
48/62
Persamaan energi pada aliran stedi
Jumlah energi masuk sistem = jumlah energikeluar sistem
Energi potensial spesifik = g z (kJ)
Energi potensial = m g h ( kJ/kg)
Energi kinetik spesifik = C /2 ( kJ/kg)
Energi kinetik =m c /2 (kJ)
Energi dalamspesifik u (kJ/kg)
Energi dalam U (kJ)
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
49/62
Persaan energi pada aliran
Energi aliran spesifik ( deplacement energi ) == pv (kJ/kg)
Deplacement energi = PV (kJ)
Panas masuk atau panas keluar sistem panas masuk sistem Q positive
Panas keluar sistem Q negative
Tidak ada panas masuk atau keluar sistem Q =0
P i d li
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
50/62
Persamaan energi pada aliran
Kerja atau energi mekanik w
sistem menghasilkan kerja w positive
Sistem membutuhkan kerja w negative
masuk : P1V1,U1,C1 w
------ sistem (volume atur)
----------- keluar :p2v2,U2,C2
z1 Q z2
------------------------------------
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
51/62
Persamaan energi
Jumlah energi masuk sistem = jumlah energi
keluar sistem. Untuk setiap kg massa zat
gz1+u1+c1 /2+p1v1+Q = gz2 +u2+p2v2 +c2 /2
+w(1)
Jika
p1v1+u1 =h1 dan p2v2 +u2 = h
Maka persanaan 1 menjadi
gz1+h1 +c1/2 +Q = gz2 + h2 +c2 /2 +w.(2)
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
52/62
Contoh soal
Sistem aliran stedi ,laju aliran massa 4 kg/s. Tekanan masuk
sistem 620 kPa,kecepatan 300 m/s, energi dalam 2100 kg/s
Jika meninggalkn sistem tekanan 130 kPa,kecepatan 150 m/s
,volume spesifik 1,2 m /kg. Selama melewati sistem ada
panas yang hilang kelingkungan karena pendinginan 30 kJ/kgengan mengabakan energi potensial, maka apersamaan
eneginya .
U1 +p1v1 +c1/2Q = u2 +p2v2 +c2 /2 +w
Q negatif ,panas keluar sistem, maka
W = ( U1U2 ) + (c1 c2 ) + (p1v1- p2v2) Q
2
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
53/62
Lanjutan jawaban soal
Maka
W = (2100-1500) + (620 x 0,37130 x 1,2)+(300 150) -30
2 x 1000
W = 676,75 (kJ/kg)
Jika lju aliran massa 4 kg/s ,maka
W = 4 x 676,75
= 2707 (w)
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
54/62
Persamaan energi tanpa aliran
G1 + u1 + p1v1 + c1 /2 + Q = gz1 + u2 + p2v2 + c2/2 + W .(1)
Didalam sistem tertutup massa fluida selalu konstan, sehingga
pv dan c/2 diabaikan ,maka persamaan .(1) menjadi
U1 + Q = U2+W ..(2)
Maka
Q = (U2 U1) + W (3)
sering ditulis
Q = U + W (kJ) .(4)panas yang ditrasfer dari sistem ke lingkungan
Q = u + w (kJ/kg)..(5)
H k k l t di ik
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
55/62
Hukum ke nol termodinamika
Hukum ke nol mendasari hukum pertama ,
yaitu ketimbangan termal.
Jika dua benda terdapat beda terperatur
,digabungkan maka energi akan mengalir daritemperatur tinggi ke temperatur rendah,
seterusnya akan mencapai kesetimbangan
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
56/62
Hukum pertama termodinamika
Hukum ke 1 :
Hubungan panas dan kerja
Q = W ..(1)
Persamaan (1) panas diubah kebentuk kerja
atau sebaliknya.
Suatu proses yang dapat mengubah panas kebentuk kerja, tidak mungkin atau proses
reversible
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
57/62
Hukum ke 1 termodinmika
Persamaan 1 untuk menghitung non flow
energi ..
Q = u + w ..(2)
Untuk siklus
Q =w
kerja setiap siklus
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
58/62
Hukum kedua termodinamika
Clausius (1822-1888) : tidak mungkin panasdapat mengalir dari temperatur remdahketemperatur tinggi,kalau tidak ada energi
masukan. Aplikasi dari pernyataan ini untukheat pump dan refrigerasi
Lord Kelvin (1824-1907), tidak mungkinsemua energi panas dapat diubah kealam
kerja,pasti ada energi yang hilang. Aplikasi daripernyataan untuk mesin kalor
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
59/62
Gambar untuk hukum ke 2
mesin refrierasi
T2
Q2
w Rr T1 < T2
Q1 T1
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
60/62
Mesin kalor
T2
Q2
w T2 > T1
Q1
T1
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
61/62
Proses politropik (pv=c )
n indek politropik ,
n = 0 proses isobaris (tekanan konstan )
n = 1 proses isotermal (temperatur konstan)
n = proses adiabatis(tidak ada panas masuk
dan keluar )
n=
-
7/29/2019 Termodinamika Dasar (1)
62/62
Uap air
Pembentukan uap :
Langkah pertama = pemanasan air dari temeraturawal sampai temperatur jenuh (sat)
Panas yang diperlukan disebut panas sensibel (hf) Langkah kedua = proses penguapan secara
isotermal dan isobaris sampai air menjadi uapkering (hg)
Panas yang dibutuhkan disebut panas latent (hfg)
Hg = hf +hfg
top related