Konsep Dasar Termodinamikaaika

Bab 1 Pendahuluan

Konsep Dasar TermodinamikaKonsep Dasar Termodinamika

Kuliah Termodinamika Dasar Jurusan Kuliah Termodinamika Dasar Jurusan Teknik MesinTeknik Mesin

Universitas Islam Indonesia YogyakartaUniversitas Islam Indonesia Yogyakarta

Kuliah Termodinamika Dasar Jurusan Teknik Mesin Universitas Kuliah Termodinamika Dasar Jurusan Teknik Mesin Universitas Islam IndonesiaIslam Indonesia

Termodinamika

Therme panas Dynamis tenaga

Termodinamika adalah ilmu yang membahas tentang energi dan transformasinya serta hubungan antara sifat-sifat zat


Tujuan Mempelajari Termodinamika Dasar Mempelajari sifat-sifat & perilaku zat.

Terutama air, refrigeran, udara & gas ideal lainnya.

Mempelajari hukum-hukum termodinamika. Hukum Termodinamika ke-Nol, Pertama & Kedua, State

Postulate

Dapat membuat model dan melakukan analisis peralatan yang menggunakan prinsip termodinamika. Tanki, piston-silinder, turbin, pompa, kompresor, nozzle,

difuser, katup ekspansi, mixing chamber, heat exchanger, pipa, ducting.


Hukum Termodinamika Zeroth Law of Thermodynamics -- temperatur First Law of Thermodynamics -- energi

* Konservasi Energi Second Law of Thermodynamics -- entropi

* Arah Proses Third Law of Thermodynamics -- entropi kristal murni

* Temperatur Absolut State Postulate – hubungan antara berbagai sifat-sifat

termodinamika


Aplikasi Termodinamika

Power plants

The human bodyAir-conditioning

systemsAirplanes

Car radiators Refrigeration systems


Pembangkit Tenaga


Penggerak Kendaraan Bermotor


Penggerak Kapal Laut


Penggerak Pesawat Udara


Industri Proses Kimia/Minyak


Mesin Pendingin


Tubuh Manusia


Sistem

SistemSistem (system) adalah massa atau ruang yang sedang dibahas. LingkunganLingkungan (surrounding) adalah massa atau ruang di luar sistem. BatasBatas (boundary) memisahkan sistem dengan lingkungan.


Jenis Sistem

Sistem TertutupSistem Tertutup

Sistem TerbukaSistem Terbuka


Batas Sistem Digambarkan sebagai garis putus-putus. Dapat berupa :

batas diamdiam atau bergerakbergerak batas tetaptetap atau berubahberubah batas nyatanyata atau imajinerimajiner


Sistem Tertutup

Terdiri dari massa tetapmassa tetap, tidak ada perpindahan massa keluar/masuk melewati batas sistem.

Disebut juga massa atur massa atur (control mass).(control mass).

Energi dapat keluar/masuk sistem.


Sistem Terbuka

Terdiri dari ruang tetapruang tetap, terdapat perpindahan massa keluar dan/atau masuk melewati batas sistem.

Disebut juga volume atur volume atur (control volume)(control volume).

Energi dapat keluar/masuk sistem.


Sistem Terisolasi

Sistem terisolasi adalah sistem tertutup dimana energi tidak dapat melewati kemuar/masuk batas sistem.

Isolated System Boundary

Mass

System

Surr 2

Surr 3

Surr 4

Mass

Heat

Work

Surr 1

Heat = 0 Work = 0 Mass = 0 Across Isolated Boundary


Sifat (Property) Sifat adalah karakteristik sistem yang mana nilai

numeriknya dapat dipergunakan untuk menggambarkan karakteristik suatu sistem.

Contoh : energi, massa, volume, massa jenis, tekanan, temperatur dsb.

Cara menentukan suatu sifat : diukur. dihitung berdasarkan 2 sifat lain.

Jenis sifat :

sifat ekstensif, sifat intensif & sifat spesifik.


Sifat Ekstensif & Intensif

mVTP

Sifat ekstensif

Sifat intensif

m/2 m/2V/2 V/2T TP P


Sifat Ekstensif (Extensive Property) Sifat ekstensif tergantung pada ukuran

sistem. Merupakan penjumlahan dari bagian-bagian

suatu sistem. Biasanya disimbolkan dengan huruf kapital. Contoh : massa, volume,energi.


Sifat Intensif (Intensive Property) Sifat intensif tidak tergantung pada ukuran

sistem. Contoh : tekanan, temperatur, massa jenis.


Sifat Spesifik (Specific Property)

Biasanya dilambangkan dengan huruf kecil. Contoh : volume spesifik, energi spesifik

massa

ekstensifsifat spesifiksifat


Keadaan (State)

Keadaan suatu sistem dapat ditunjukkan oleh sifat-sifatnya, misalnya tekanan, volume dan massa.

Sehingga sifatsifat dapat didefinisikan sebagai besaran yang tergantung oleh keadaan sistem, tidak tergantung lintasan sistem.


Kesetimbangan (Equilibrium)

Suatu sistem disebut dalam kesetimbangan jika sifat-sifatnya tidak berubah di semua lokasi pada sistem relatif terhadap waktu.

Hal ini disebut kesetimbangan termodinamika atau kesetimbangan total.

Dibedakan menjadi 4 : kesetimbangan mekanik kesetimbangan termal kesetimbangan kimia kesetimbangan fasa


Kesetimbangan

Kesetimbangan termalKesetimbangan termal -- tidak ada perubahan temperatur terhadap waktu.

Kesetimbangan mekanikKesetimbangan mekanik -- tidak ada perubahan tekanan terhadap waktu.

Kesetimbangan kimiaKesetimbangan kimia -- tidak ada perubahan struktur molekul terhadap waktu.

Kesetimbangan faseKesetimbangan fase -- tidak ada perubahan komposisi fase terhadap waktu.


Proses (Process )

ProsesProses adalah suatu perubahan dari sistem dari suatu keadaan kesetimbangan ke keadaan kesetimbangan lain.

P

V

1

2


Lintasan (Path)

LintasanLintasan adalah rangkaian keadaan yang dilewati sistem.

P

V

1

2

P ath 1

P ath 2

P ath 3


Siklus (Cycle)

Siklus adalah rangkaian proses dimana keadaan awal dan akhir adalah sama.

1

2Process B

Process A

P

V


Beberapa Jenis Proses

IsotermalIsotermal : proses temperatur konstan. IsobarikIsobarik : proses tekanan konstan. IsokorikIsokorik : proses volume konstan. Proses lainnya : isentalpikisentalpik & isentropisisentropis.


Energi

definisi energi : kemampuan untuk menghasilkan suatu perubahan

energi dapat : disimpan berpindah berubah


Energi Energi disimbolkan dengan E, melambangkan

energi total. Energi spesifik (specific energy) adalah energi total

per satuan massa.

Satuan : Energi total : kJ Energi spesifik : kJ/kg

m

Ee


Energi Internal (Internal Energy) Energi internal adalah energi yang dikandung dalam

molekul suatu zat Berkaitan dengan aktivitas dan struktur molekul. Terdiri dari :

energi sensibel dan laten energi kimia energi nuklir

Simbol : U (total), satuan kJ u (spesifik), satuan kJ/kg


Energi Sensibel & Laten Energi sensibelEnergi sensibel adalah energi yang berkaitan

dengan perubahan temperaturperubahan temperatur zat, semakin tinggi temperatur zat semakin tinggi energi sensibelnya.

Energi latenEnergi laten adalah energi yang berkaitan dengan perubahan faseperubahan fase zat.


Energi Kinetik & Potensial

Energi kinetikEnergi kinetik berkaitan dengan kecepatankecepatan suatu sistem.

Energi potensialEnergi potensial berkaitan dengan posisi/ketinggianposisi/ketinggian suatu

sistem.

2mV2

1KE 2V

2

1ke

mgzPE gzep

V = kecepatan, m/s z = ketinggian, m g = perc. gravitasi, m/s2


Energi Total

Energi total dalam suatu sistem adalah penjumlahan dari energi dalam bentuk mikroskopik dan makroskopik.

Energi mikroskopik berupa energi internal

Energi makroskopik berupa energi kinetik dan energi potensial


Energi Total

Sehingga energi total dalam suatu sistem

sedangkan perubahan energinya

PEKEUE

PEKEUE


Daya (Power)

Daya adalah energi per satuan waktu

Satuan : J/s = Watt, kJ/s = kW

t

EE


Perpindahan Energi

Energi dapat berpindah melewati batas sistem dengan 2 cara :

Kalor (Heat) Kerja (Work)


Beberapa cara menyuplai energi setara 300 W ke dalam suatu ruang


Massa Jenis & Volume Spesifik(Density & Specific Volume)

Massa jenis/kerapatan,

satuan : kg/m3

Volume spesifik,

satuan : m3/kg

V

m

m

V

m = massa, kg V = volume, m3

1


Tekanan (Pressure)

Tekanan, P

Satuan : N/m2 = Pascal (Pa)

Satuan lain : bar, atm, kg/cm2, psi

untuk pendekatan :

1 bar = 1 atm = 100 kPa = 0,1 Mpa = 1 kg/cm2 = 14,7 psi

A

FP


Untuk tekanan di atas tekanan atmosfer (P1)

Untuk tekanan di bawah tekanan atmosfer (P2)

Tekanan Absolut, Pengukuran & Vakum(Absolute, Gage & Vaccuum Pressure)

P1

Patm

P=0

Pabsolute

Pgage

P1

Patm

P=0

Pabsolute

PvacP2


PPP

PPP

absatmvac

atmabsgage

)(

)(

PPPPatm

atm

Tekanan Pengukuran


Manometer Sederhana

P = gh

G as at

ppressure L

atmp

M anom eterliquid

h


Barometer

Tekanan udara atmosfer standar :

Patm = 101.325 Pa = 760 mmHg

760

mm

Hg

760

mm

Hg

PP22=0=0

Air Raksa (Mercury)Air Raksa (Mercury)


Temperatur

Temperatur adalah besaran yang menyatakan panas atau dinginnya suatu zat


Kesetimbangan Termal


Zeroth Law of Thermodynamics

IF T1 = T2 AND T2 = T3 THEN T1 = T3


Sifat-Sifat Termometrik

Volume zat cair, padat & gas Tekanan gas pada volume konstan Tahanan listrik zat padat Efek termokopel dari 2 zat padat Intensitas radiasi (pada temperatur tinggi) Efek magnetik (pada temperatur sangat

rendah)


Skala Temperatur

Terdapat 4 skala temperatur : Celcius (d/h Centigrade) Fahrenheit Kelvin Rankin

•Hubungan antara skala temperatur–T(0F) = (9/5) T (0C) + 32–T (K) = T (ºC) + 273–T (R) = T (ºF) + 460

Skala temperatur absolut


Skala Termometer Air

Boiling point 100 212 373.15 671.67

ºC ºF K R

Triple point @ 0.006 atm, T = 0.01 ºCIce point 0.00 32.00 273.15 491.67

Absolute Zero -273.15 -459.67 0 0


Skala Temperatur Gas Ideal

Identik dengan skala temperatur Kelvin


PENUTUP

Setelah mempelajari bab ini diharapkan mahasiswa dapat : Memahami pengertian Termodinamika dan dapat

menyebutkan beberapa contoh aplikasinya Mengetahui secara sederhana beberapa Hukum

Termodinamika Mengerti tentang sistem, dapat mengidentifikasi sistem dan

tahu perbedaan sistem terbuka & tertutup. Mengerti perbedaan sifat intrinsik & ekstrinsik. Mengetahui sifat-sifat P, T, v, ρ beserta satuan dan

konversinya. Mengerti definisi energi, energi internal, potensial dan

kinetik. Mengetahui bahwa energi dapat berubah & berpindah.

Konsep Dasar Termodinamikaaika

Documents

Transcript of Konsep Dasar Termodinamikaaika