asisten: hafif dafiqurrohman ... · pdf filehukum termodinamika pertama selisih antara kalor...
TRANSCRIPT
Dosen: Dr. Ir. Adi Surjosatyo, M.Eng.
Asisten: Hafif dafiqurrohman
Sumber: http://dosen.tf.itb.ac.id/~amoranto/ITENAS/Teknik%20Elektro/f2el%20Termodinamika.ppt
TERMODINAMIKA
PROSES-PROSES TERMODINAMIKA Proses Isobarik (1) Tekanan konstan
Proses Isotermis (2) Temperatur kontan
Proses Adiabatis (3) Tidak ada kalor yang hilang
Proses Isokorik (4) Volume konstan
HUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA
Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan
selalu sama untuk setiap proses
if UUUWQU
Ui = Energi dalam mula-mula
Uf = Energi dalam akhir
U = Perubahan energi dalam sistem
Q = Panas yang diberikan pada sistem
W = Kerja yang dilakukan oleh sistem
PROSES ISOKHORIK
0WVV
pdVW
if
V
V
f
i
KERJA :
KALOR
)TT(nCTnCQ ifVV
TnCUWQU V
PERUBAHAN ENERGI DALAM :
n = Jumlah mol
CV = Kapasitas panas volume konstan
PROSES ISOBARIK
Vp)VV(pW
tankonsppdVW
if
V
V
f
i
KERJA :
KALOR
)TT(nCTnCQ ifPP
TnCTnRTnCURCC
TnRVpnRTpV
VpTnCUWQU
VPVP
P
PERUBAHAN ENERGI DALAM :
R = Konstanta gas universal = 8.31 J/mol.K
CP = Kapasitas panas tekanan konstan
PROSES ISOTERMIS
i
f
V
V
V
V
V
VlnnRTdV
V
nRTW
pdVW
V
nRTptankonsT
nRTpV:IdealGas
f
i
f
i
KERJA :
KALOR
i
fV
V
VlnnRTTnCWUQWQU
TnCU V
PERUBAHAN ENERGI DALAM :
KALOR :
PROSES ADIABATIK
1
i
1
f
V
V
1
V
V
V
V
VV1
C
V1
1CW
dVCVpdVW
CVV
Cp
tankonspV:Adiabatik
f
i
f
i
f
i
KERJA :
1C
C
V
P
CW
VpVpCpV ffii
iiff VpVp1
1WUWQU0Q
PERUBAHAN ENERGI DALAM :
iiff
1
iii
1
fff
ffii
VpVp1
1VVpVVp
1
1W
VpVpCpV
1
i
1
f VV1
CW
W Q U
Isokhorik 0
Isobarik
Isotermis 0
Adiabatik 0
TnCV TnCV
TnCV
WQU
1
f
V
VlnnRT
1
f
V
VlnnRT
ffii VpVp1
1
)VV(p if TnCVTnCP
TEORI KINETIK GAS
MOLEKUL
GAS
ENERGI
DALAM
CV CV
J/mol.K
Monoatomik
He, Ne
1.5 nRT 1.5 R 12.5
Diatomik
O2, H2
2.5 nRT 2.5 R 20.8
Poliatomik 3 nRT 3 R 24.9
NH4 29.0
CO2 29.7
MESIN-MESIN KALOR
H
C
H
CH
H
CHQ
Q1
Q
Q
WQQW
= Efisiensi mesin kalor
MESIN-MESIN PENDINGIN
1W
Q
W
WQ
W
QCOPQQW CCC
CH
COP = Coefficient Of Performance mesin pendingin
Contoh Soal No. 1
Pada gambar di bawah ini ditunjukkan siklus proses-proses yang
terjadi pada mesin diesel (gasoline internal combustion engine).
Jawab :
nR
VpTnRTVp 11
1111 a).
Titik 1 :nR
Vp,V,p 11
11
a). Tentukan tekanan dan temperatur pada setiap keadaan (titik)
dalam p1, V1 dan perbandingan panas jenis .
b). Hitung efisiensi dari mesin diesel ini
1 2 : Proses isokhorik
nR
Vp3T3T
VVp3p
TVp
VpT
T
Vp
T
Vp
tankonsnRT
Vp
1112
1212
1
11
222
2
22
1
11
1
11
Titik 2 :nR
Vp3,V,p3 11
11
1 2 : Proses adiabatik
nR
Vp)25.0(12
nR
Vp3)4()25.0(T
V
V
V
VT
p)25.0(3p
V4
VppV4V
V
V
p
pVpVp
TVp
VpT
T
Vp
T
Vp
11112
2
3
3
23
13
2
22323
3
2
2
33322
2
22
333
3
33
2
22
Titik 3 :nR
Vp)25.0(12,V4,p)25.0(3 11
11
3 4 : Proses isokhorik
3
3
4434
3
33
444
4
44
3
33
Tp
pTVV
TVp
VpT
T
Vp
T
Vp
Titik 4 :nR
Vp)25.0(4,V4,p)25.0( 11
11
4 1 : Proses adiabatik
nR
Vp)25.0(4
nR
Vp)25.0(12
p)25.0(3
p)25.0(Tp)25.0(3p
p)25.0(pV4V
V
VppVpVp
1111
1
1413
1414
4
1141144
b).
)TT(nCQ)TT(nCQ
0QQ
34V3412V12
2341
nR
Vp,V,p:1Titik 11
11
nR
Vp)25.0(12,V4,p)25.0(3:3Titik 11
11
nR
Vp)25.0(4,V4,p)25.0(:4Titik 11
11
nR
Vp3,V,p3:2Titik 11
11
R
VpC)25.0(8]
nR
Vp)25.0(12
nR
Vp)25.0(4[nC)TT(nCQ
R
VpC2]
nR
Vp
nR
Vp3[nC)TT(nCQ
11V
1111V34V34
11V
1111V12V12
)VpVp(1
1W
)VpVp(1
1W0WW
441141
2233233412
]3)25.0(12[1
Vp]Vp3V4p)25.0(3[
1
1)VpVp(
1
1W 11
111223323 1
nR
Vp,V,p:1Titik 11
11
nR
Vp)25.0(12,V4,p)25.0(3:3Titik 11
11
nR
Vp)25.0(3,V4,p)25.0(:4Titik 11
11
nR
Vp3,V,p3:2Titik 11
11
])25.0(41[1
Vp]V4p)25.0(Vp[
1
1)VpVp(
1
1W 11
111441141 1
])25.0(82[1
VpWWWWW 11
41342312total
R
VpC)25.0(8]
nR
Vp)25.0(12
nR
Vp)25.0(4[nC)TT(nCQ
R
VpC2]
nR
Vp
nR
Vp3[nC)TT(nCQ
11V
1111V34V34
11V
1111V12V12
])25.0(82[1
VpWWWWW 11
41342312total
R
VpC2QQ 11
VH12 R
VpC)25.0(8QQ 11
VC34
])25.0(82[)1(1
])25.0(82[
C
CC
1
])25.0(82[
])25.0(82[C
R
1
1
R
VpC2
])25.0(82[1
Vp
Q
W
V
Vp
V11V
11
H
85.0)25.0(824.1 4.1
Contoh Soal No. 2
Pada gambar di bawah ini ditunjukkan siklus mesin kalor yang
disebut mesin kalor Carnot. Mesin ini bekerja pada dua
temperatur TH dan TC. Nyatakan efisiensinya dalam TH dan TC
Jawab :
a
bHH
a
bHab
V
VlnnRTQ0U
V
VlnnRTW
a b : Isotermis
c d : Isotermis
c
dCC
c
dCcd
V
VlnnRTQ0U
V
VlnnRTW
1
b
1
c
C
H1
cC
1
bH
c
c
Cb
b
H
c
CcCcc
b
HbHbb
ccbb
V
V
T
TVTVT
VV
nRTV
V
nRT
V
nRTpnRTVp
V
nRTpnRTVp
VpVp
b c : Adiabatis
1
a
1
d
C
H1
aH
1
dC
a
a
Hd
d
C
a
HaHaa
d
CdCdd
aadd
V
V
T
TVTVT
VV
nRTV
V
nRT
V
nRTpnRTVp
V
nRTpnRTVp
VpVp
d a : Adiabatis
d
c
a
b
a
d
b
c
1
a
1
d
1
b
1
c
1
a
1
d
C
H
1
b
1
c
C
H
V
V
V
V
V
V
V
V
V
V
V
V
V
V
T
T
V
V
T
T
a
bHH
V
VlnnRTQ
c
dCC
V
VlnnRTQ
H
C
a
bH
c
dC
H
C
T
T1
V
VlnnRT
V
VlnnRT
1Q
Q1 Efisiensi mesin Carnot
HUKUM TERMODINAMIKA KEDUATidak ada mesin kalor yang mempunyai efisiensi
lebih besar dari mesin kalor Carnot
Tidak ada mesin pendingin yang mempunyai COP lebih besar dari mesin pendingin Carnot
CH
CC
H
CC
TT
TCOP
T
T1
Contoh Soal No. 3
Sebuah turbin pada suatu steam power plant mengambil uap air
dari boiler pada temperatur 520oC and membuangnya ke
condenser pada temperatur 100oC. Tentukan efisiensi
maksimumnya.
Jawab :
%5353.0793
3731
T
T1
H
C
Efisiensi maksimum = efisiensi Carnot
Karena gesekan, turbulensi dan kehilangan panas
Efisiensi aktual dari turbin disekitar 40 %
Efisiensi teoritis dari mobil adalah disekitar 56 %.
Eefisiensi aktualnya hanya disekitar 25 %
Contoh Soal No. 4
Seorang inventor menyatakan bahwa ia telah mengembangkan
sebuah mesin kalor yang selama selang waktu tertentu
mengambil panas sebesar 110 MJ pada temperatur 415 K dan
membuang panas hanya sebesar 50 MJ pada temperatur 212K
sambil menghasilkan kerja sebesar 16.7kwh. Apakah saudara
akan menginvestasikan uang saudara ?
Jawab :
55.010x110
)360(7.16
Q
W6
H
49.0415
2121
T
T1
H
CC
Efisiensinya > Efisiensi mesin Carnot Jangan investasi
Contoh Soal No. 5
Sebuah mobil yang efisiensinya 22 % beroperasi pada 95 c/s dan
melakukan kerja dengan daya sebesar 120 hp.
Jawab :
J94295
)746(120W
a). Berapa kerja yang dilakukan mesin tersebut setiap siklus ?
b). Berapa bayak kalor yang diserap dari reservoir setiap siklus ?
c). Berapa banyak kalor yang terbuang setiap siklus
Kerja setiap siklus :
a).
b).
J428222.0
942WQ
Q
WH
H
c).
J33409424282WQQ HC