Thermodynamics adalah ilmu tentang energi, termasuk didalamnya energi yang tersimpan

atau hanya transit.

Prinsip kekekalan energi : Energi tidak bisa diciptakan atau dimusnahkan tetapi hanya bisa

dikonversi dari bentuk lain ke yang lainnya.

Tiga bentuk energi : The three forms of energy storage of greatest interest to us are

Potential Energy (PE),

Kinetic Energy (KE), and

Internal Energy (U),

The two forms of energy in transit :

Work (W) and

Heat (Q), and the interactions between these various forms of energy are defined

in terms of the First Law of Thermodynamics.

Introduction to Thermodynamics

We need to master the units conversion,...So let’s look at

down

The above conversion is to convert between the USCS (English) system and the SI (International)

Quick Quiz : Kita semua tahu (dari membaca angka speedometer) bahwasannya 50 mph = 80 km/hr; berapa m/s untuk 9 mph ?

The forms of Energy :The forms of Energy :

1. Energi potensial

2. Energi Kinetik

3. Energi Dalam

Internal energy (U) menunjukkan energi total sistem. Energi total meliputi

energi kinetik

energi potensial gravitasi

dan bentuk energi lainnya

Berikut contoh ilustrasi di bawah ini :

Sistem Termodinamika :

Sistem tertutup

Sistem terbuka

Sistem PropertySistem Property

The closed system shown above can be defined by its various Properties, such as its

pressure (P), temperature (T), volume (V) and mass (m). We will introduce and define the

various properties of thermodynamic interest as needed in context. Furthermore the properties

can be either Extensive or Intensive (or Specific).

State and EquilibriumState and Equilibrium

The State of a system is defined by the values of the various intensive properties of the

system. The State Postulate states that if two independent intensive property values are defined,

then all the other intensive property values (and thus the state of the system) are also defined.

This can significantly simplify the graphical representation of a system, since only two-

dimensional plots are required. Note that pressure and temperature are not necessarily

independent properties, thus a boiling liquid will change its state from liquid to vapor at a

constant temperature and pressure.

We assume that throughout the system Equilibrium conditions prevail, thus there are

no temperature or pressure gradients or transient effects. At any instant the entire system is

under chemical and phase equilibrium

Proses dan Siklus

A Process is a change of state of a system from an initial to a final state due to

an energy interaction (work or heat) with its surroundings. For example in the following

diagram the system has undergone a compression process in the piston-cylinder device.

The Process Path defines the type of process undergone. Typical process paths

are:

Isothermal (constant temperature process)

Isochoric or Isometric (constant volume process)

Isobaric (constant pressure process)

Adiabatic (no heat flow to or from the system during the process)

We assume that all processes are Quasi-Static in that equilibrium is attained

after each incremental step of the process. A system undergoes a Cycle when it

goes through a sequence of processes that leads the system back to its original

state.

Tekanan

Contoh :

Sebuah menara tangki penampung air mempunyai bentuk mendekati

bola dengan jejari 30 ft. Jika kerapatan air 62,4 lb/ft3 dan tangki berisi

penuh,

a. Tentukannlah massa air dalam tangki [lb]

b. Berapakah berat air [lbf] jika percepatan gravitasi

setempat sebesar 32,1 ft/s2

Contoh :

Gambar dibawah menunjukkan sebuah pipa air berukuran kecil menembus

dinding dengan tebal 6 in. Diasumsikan bahwa temperatur berubah secara

linear terhadap posisi x dari dinding mulai 68 0 F ke 20 0 F. Apakah air dalam

pipa akan membeku

1. Dua buah fase dapat muncul secara simultan selama perubahan fase

seperti pada penguapan, peleburann dan sublimasi.

2. Pada daerah dua fase tekanan dan temperatur bersifat tidak bebas,

dimana salah satunya tidak dapat berubah tanpa perubahan yang

lainnya.

3. Keadaan tidak dapat ditentukan hanya dengan tekanan dan

temperatur saja namun dapat ditentukan berdasarkan pasangan

volume spesifik dengan tekanan atau temperatur.

1. Tiga buah fase dapat muncul dalam kesetimbangan disepanjang garis

yang disebut garis tripel.

2. Suatu keadaan dimana suatu perubahan fase berawal dan berakhir

disebut keadaan jenuh

Illustrasi perubahan dari cairan menjadi uap air pada tekanan konstan

A. Sistem dipanaskan pada tekanan tetap, temperatur meningkat cepat, sedangkan volume spesifik hanya sedikit meningkat (f) disebut cair

jenuh.B. Keadaan cair di sepanjang bagian garis 1-f disebut keadaan cair sub-

dingin (subcooled liquid) atau disebut juga cair tekan. C. Prose dari (f) ke (g) terjadi penambahan kalor pada tekanan tertentu

menyebabkan terbentuk uap tanpa perubahan temperatur tetapi peningkatan volume spesifik yang berarti

D. Jika sistem terus dipanaskan sampai butir cairan terkahir menguap, maka

tercapai titik (g) atau disebut keadaan (uap jenuh).

E. Pada kondisi (f) ke (g) atau pada campuran dua fase cair-uap dapat

dibedakan dengan menggunakan suatu sifat intensif yang dikenal

sebagai kualitas (x).

F. Jika diberikan panas lanjut pada sistem pada tekanan tetap terjadi

peningkatan temperatur dan volume spesifik, keadaan seperti ini di titik

(s) disebut uap panas lanjur (superheated vapour) .

Perhatikan data diatas, berapakah v (volume spesifik) pada

Temperatur 215 0 C di tekanan P = 10 bar ?

Menentukan volume spesifik campuran

Berikut adalah persamaannya :

Sebagai Contoh.... Perhatikan sebuah sistem yang berisi campuran dua

fase cair-uap air pada 100 0 C dengan kualitas 0,9. Berdasarkan tabel.

Pada 100 0 C, vf = 1,0435 x 10-3 m3/kg dan vg = 1,673 m3/kg. Tentukan

volume spesifik campuran.

Sebagai Contoh.... Perhatikan sebuah sistem yang berisi campuran dua

fase cair-uap air pada 120 0 C dengan kualitas 0,95. Berdasarkan tabel..

Tentukan volume spesifik campuran.

Contoh.

Sebuah tangki kokoh terinsulasi mempunyai volume 10 ft3 . Tangki tersebut berisi

uap air jenuh pada temperatur 212 0F. Air diaduk dengan cepat hingga mencapai

tekanan 20 lbf/in2. Tentukanlah temperatur pada keadaan akhir, dalam 0F, dan

kerja proses, dalam Btu

Manfaat Mengetahui sifat Material

Sistem Destillasi

Pengisian Pemanas Air pada Keadaan Tunak

Sebuah alat pengisian pemanas air mempunyai dua sisi masuk dan

satu sisi keluar, beroperasi pada keadaan tunak. Pada sisi masuk 1, uap air

masuk dengan tekanan p1 = 7 bar, temperatur T1 = 200 0C dengan laju aliran

massa 40 kg/s. Pada sisi masuk 2, air dengan tekanan p2 =7 bar, temperatur

T2 = 40 0C masuk melalui suatu luasan A2 = 25 cm2 . Air keluar di titik 3 dalam

kondisi cair jenuh (saturated liquid) dengan tekanan 7 bar dan laju aliran

volumetris 0,06 m3 /s. Tentukan besarnya laju aliran massa pada sisi masuk 2

dan pada sisi keluar, dalam satuan kg/s, dan besarnya kecepatan pada sisi

masuk 2, dalam satuan m/s

Pengisian tangki dengan air

Air mengalir ke dalam sebuah tangki melalui bagian atasnya yang

terbuka. Laju aliran massa airkonstan sebesar 30 lb/s. Air keluar melalui

sebuah pipa di dekat dasar dengan laju aliran massa berbanding lurus

terhadap ketinggian dari air di dalam tangki tersebut : me = 9 L, dimana L

adalah ketinggian air sesaat dalam satuan ft. Luas bidang alas dari tangki

adalah 3 ft2 dan kerapatan air adalah 62,4 lb/ft3 . Bila tangki tersebut pada

mulanya kosong. Gambarkan grafik hubungan antara perubahan ketinggian

air terhadap waktu

Mekanisme Transfer Energi

Pada tangki yang kokoh terdapat fluida panas, dimana fluida dalam

keadaan dingin ketika diaduk oleh roda paddle. Pada awalnya energi

dalam fluida adalah 800 kJ, selama proses pendinginan fluida

kehilangan panas sebesar 500 kJ, dan roda paddle melakukan kerja

100 kJ terhadap fluida tersebut. Tentukan akhir dari energi dalam

fluida. Abaikan energi tersimpan di roda paddle