Teori dasar

Pada hakekatnya gas di alam ini tidak ada yang bersifat ideal, tetapi bersifat gas nyata. Hal ini

disebabkan oleh adanya penyimpangan dari sifat-sifat gas ideal. Suatu gas dikatakan ideal

apabila:

- Molekulnya terpisah pada jarak yang tidak terbatas

- Gaya intermolekulnya mendekati nol

- Molekulnya saling bertumbukan lenting sempurna

- Mempunyai nilai factor kompresibilitas 1

- Reduced Pressurenya << 1

- Reduced Temperaturenya > 2

Factor yang digunakan sebagai tolak ukur penyimpangan terhadap gas ideal disebut factor

kompresibilitas (Z). nilai dari factor ini dapat dilihat pada persamaan dibawah ini :

…… (1)

……(2)

……(3)

Keterangan :

volume spesifik yang terukur

volume spesifik gas ideal

Tekanan

T = Suhu

R = konstanta universal gas

Hubungan suhu kritis, tekanan kritis dengan keadaan reduksi :

……(4)

……(5)

……(6)

Keterangan :

= volume spesifik tereduksi

suhu tereduksi

tekanan tereduksi

= suhu kritis

tekanan kritis

Karena gas yang ada di alam tidak ada yang ideal, maka untuk mengetahui karakteristik dari gas

nyata yang ada di alam digunakan suatu persamaan yang disebut dengan persamaan keadaan.

1. Persamaan Van Der Waals

……(7)

……(8)

……(9)

Keterangan :

= pengaruh gaya-gaya antarmolekul

pengaruh volume ruangan yang ditempati gas

2. Persamaan virial

……(10)

……(11)

Dengan B,C,D adalah koefisien dalam fungsi suhu. Koefisien ini disebut juga dengan koefisien

virial.

Soal pemicu

Setelah ketiganya mempelajari kuliah Termodinamika sesuai pengarahan Bu Audi maka ketiga

mahasiswa tersebut makin menyadari adanya Kolerasi Umum (the generalized correlations)

untum sifat PVT. Kemudian ketiganya mencoba menjawab pertanyaan berikut :

(g.1) keadaan uap air pada 600 oF dan 0,51431 ft3/lbm. Selidiki apakah kondisi ini air dapat

dianggap sebagai gas ideal, jika diketahui rumus

Jawab :

Suatu gas dikatakan ideal apabila tekanan dari gas tersebut mendekati nol, molekulnya terpisah

pada jarak yang tidak terbatas, gaya intermolekulnya mendekati nol, factor kompresibilitas (z)

dari gas tersebut bernilai 1, dan . Berdasarkan soal diatas didapatkan bahwa :

Diketahui :

Ditanya : apakah uap air dapat dikatakan gas ideal, jika diketahui rumus ?

Jawab :

…..(12)

Dari table properties of pure species didapatkan

Table 1. Properties of Pure Species

(sumber : Smith,J.M et all. 2001. Chemical Engineering Thermodynamics. Page 648)

Dengan nilai

Kemudian untuk nilai :

Dan untuk nilai maka dicari terlebih dahulu nilai P pada suhu 600 oF. Asumsikan bahwa uap

air merupakan gas ideal (z = 1), maka dengan menggunakan persamaan untuk gas ideal

didapatkan :

……(13)

……(14)

Maka untuk nilai adalah

Dan saat nilai nilai tersebut dilihat pada grafik kompresibilitas

Gambar 1. Grafik kompresibilitas

(sumber : Moran, Michael. J. 2006. Fundamentals of Engineering Thermodynamics. Page 830)

Nilai Z dari grafik di atas berada disekitar daerah biru. Dan nilai nilai yang didapatkan

berdasarkan perhitungan, juga tidak memenuhi syarat untuk gas ideal yang telah disebutkan

sebelumnya. Dengan kata lain asumsi saat perhitungan bernilai salah. Jadi uap air pada suhu 600 oF bukan merupakan Gas Ideal

(g.3) apa artinya factor kompresibilitas (z) dan pada kondisi apa harganya sama dengan 1 ?

Petunjuk : tinjaulah secara utuh dengan menggunakan kurva factor kompresibilitas dan atau

kurva ln (Pr) vs Tr. Jelaskan pula mengapa suatu senyawa dapat mengikuti prinsip keadaan

persamaan 2 parameter dan prinsip keadaan bersamaan 3 parameter

Jawab :

factor kompresibilitas adalah factor yang digunakan sebagai tolak ukur penyimpangan terhadap

gas ideal. Factor kompresibilitas akan bernilai sama dengan 1 apabila memenuhi persyaratan :

- Molekulnya terpisah pada jarak yang tidak terbatas

- Gaya intermolekulnya mendekati nol

- Molekulnya saling bertumbukan lenting sempurna

- Mempunyai nilai factor kompresibilitas 1

- Reduced Pressurenya << 1

- Reduced Temperaturenya > 2

Nilai factor kompresibilitas jika dihubungkan dengan kurva factor kompresibilitas adalah sebagai

berikut :

Gambar 2. Grafik kompresibilitas

(dari : Moran, Michael. J. 2006. Fundamentals of Engineering Thermodynamics. Page 830)

Dari kurva terlihat bahwa :

- Reduced Pressurenya << 1 atau mendekati nol, maka nilai Z akan mendekati 1

(mendekati sifat gas ideal)

- Reduced Temperaturenya > 2, grafik memilik deviasi yang kecil, dan kelinearannya

mendekati nilai Z = 1 (mendekati sifat gas ideal)

Karena gas yang ada di alam tidak ada yang ideal, maka untuk mengetahui karakteristik dari gas

nyata yang ada di alam digunakan suatu persamaan yang disebut dengan persamaan keadaan.

Kemudian, mengapa suatu senyawa dapat mengikuti prisnsip keadaan persamaan 2 parameter

dan 3 parameter. Untuk prinsip keadaan persamaan 2 paramter, digunakan parameter tekanan

tereduksi ( ) dan suhu tereduksi ( ). Hubungan keduanya dapat dilihat dibawah ini :

……(15)

……(16)

Persamaan diatas berlaku untuk senyawa sederhana, maka untuk senyawa yang lebih kompleks

dibutuhkan parameter ke-3 yaitu factor aksentrik ( ). Factor aksentrik di definisikan sebagai

berikut :

……(17)

Nilai tersebut berlaku saat bernilai 0.7. Dengan demikian untuk mendapatkan nilai factor

kompresibilitasnya digunakan persamaan :

……(18)

Dengan nilai dan diketahui pada table apendiks. Karena kedua parameter ini, Semua fluida

jika diperbandingkan pada Tr dan Pr yang sama akan memiliki faktor kompresibilitas yang

hampir sama, dan semua penyimpangan dari perilaku gas ideal juga hampir sama.