Pertemuan 1

[Energi masuk] – [energi keluar] + [energi yang terbangkitkan sistem] – [energi yangterkonsumsi sistem] = [energi terakumulasi dalam sistem]

Hukum konservasi energi

(hk I Termodinamika):

Kalor (Q)

Energi Potensial (E

p)

Energi kinetik (Ek)

Energi internal (U)

Entalpi (H)

Macam-macam energi

Kerja

(W)

Menurut hukum termodinamika ke-1 yang mencakup prinsip kekekalan energi, “energi tidak dapat dimusnahkan”.

Neraca energi merupakan persamaan matematis yang menyatakan hubungan antara energi masuk dengan energi keluar.

Penentuan neraca energi dari suatu proses/system, perlu didasarkan pada satuan waktu operasi.

Dalam penentuan neraca energi, sangat diperlukan beberapa pembahasan tentang teori energi, panas, entalpi dan kapasitas panas.

Semua itu termasuk dalam kategori termofisika.

Gaya yang melakukan gerak dengan menempuh jarak tertentu menimbulkan adanya kerja yang merupakan suatu energi.

Satuan Energi : Joule (J) dan Btu (British Termal Unit), Kalori (Kal / KKal)

Satu bentuk energi yang menunjukkan perpindahan antara system dan sekitarnya

2

1

.keadaan

keadaan

dsFW

2

1

2

1

..v

v

keadaan

keadaan

dvpdsAA

FW

a. Shaft work : kerja turbin. Contoh : turbin air, pompa, kompresor.b. Kerja yang hilang karena gesekan / friksi. Contoh : friksi di permukaan pipa.

Bagian dari aliran energi total yang mengalir menyeberangi batasan sistem yang disebabkan oleh perbedaan temperatur antara sistem dan sekitarnya

TAUQ

dSFdW .

)( 12 zzFW

cg

mgF

)(

cg

mgzW

)(

cg

mgzEp

)(

z1

z2

Benda pada ketinggian tertentu mempunyai energi yang disebut energi potensial. Seperti pada gambar dibawah ini, bila benda bergerak dari z1 ke z2,

maka kerja yang dilakukan adalah :

maka

Kerja ini adalah merupakan energi potensial :

dimana : m : massa; z : beda tinggi terhadap bidang; g : harga gravitasi ditempat ketinggian gc : konstanta gravitasi (factor konversi ).

f

f

p lbft

lbdtkftlb

ftdtftlbE

2

2

/

)/(

FdSdW

cg

amF

.

ddW

a ddS

v

dvdS

dvvg

mdW

c

Kerja :

Besar gaya :

Dimana : a = percepatan; v = kecepatan dan = waktu

dengan defnisi ini maka kerja,

Energi akibat gerakan suatu objek atau energi yang dimiliki oleh suatu sistem karena kecepatannya relatif terhadap sekitarnya

cc g

mvvv

g

mW

2

)(

2

221

22

ck g

vmE

2

2

f

f

k lbft

lb

dtkftlb

dtftlbE

2

2

/

)/(

Kalau diintegralkan akan menghasilkan :

Kerja disini merupakan energi kinetik, maka :

Dimensinya, bila m dalam lb dan U dalam ft/detik, maka

Catatan : gc diperlukan untuk konversi satuan menjadi satuan lbf

),( VTUU

dVV

UdT

T

UdU

TV

dengan mengambil turunan total, maka didapatkan :

Energi akibat gerakan molekuler di dalam bahan

Suatu system meliputi benda yang untuk pergerakannya mula-mula diperlukan energi/tenaga dakhil molekul-molekulnya.

Energi dalam dinyatakan dengan U persatuan massa atau mU untuk massa m. Karena tidak ada instrumen yang dapat mengukur energi dalam ini, energi dalam harus dinyatakan / diukur dalam variable lainnya misalnya tekanan, volume temperatur atau komposisi.

Jika U merupakan fungsi T (temperatu)dan V (volume spesifik) :

dTT

U

V

Didefinisikan sebagai kapasitas panas pada volume konstan (Cv) sedangkan ,

dVV

U

T

Nilainya sangat kecil sekali shg diabaikan, maka perubahan dalam

energi Internal sbb :dTCUU

T

T

v2

1

12

),( pTHH

dpp

HdT

T

HdH

Tp

dengan mengambil turunan total, maka didapatkan :

Jika H merupakan fungsi T (temperatu)dan p (tekanan) :

pT

H

Didefinisikan sebagai kapasitas panas pada tekanan konstan (Cp) sedangkan ,

Tp

H

Nilainya sangat kecil pada tekanan sedang shg diabaikan, maka perubahan

Dalam entalpi sbb :

Variabel ini didefinisikan sebagai kombinasi dari dua variabel dalkam keset.energi yaitu :

pVUH

dTCHHT

T

p2

1

12

Contoh Perhitungan

1. Pehitungan Kerja Mekanis oleh Gaya PistonSuatu gas ideal pd 300 K dan 200 kPa berada dalam sebuah silinder yang ditutup oleh sebuah piston tanpa gesekan, dan gas menekan piston secara perlahan sehingga volume gas mengembang dari 0,1 menjadi 0,2 m3. hitung Kerja yang dikerjakan oleh gas pada piston jika 2 lintasan yang berbeda digunakan untuk pindah dari keadaan awal ke keadaan akhirLintasan A : pengembangan tjd pada P konstan ( 200 kPa)Lintasan B : pengembangan tjd pada T konstan ( 300K)

V1 = 0,1 m3 gas V2 = 0,2 m3 gas

Keadaan 1 Keadaan 2

Penyelesaian :

Sistem nya yaitu gasKerja mekanis yang dikerjakan oleh sistem pada piston :

2

1

2

1

2

1

.V

V

keadaan

keadaan

keadaan

keadaan

dVpdsAA

FdsFW

Catatan !!!!!!!kerja (W) yang dilakukan sistem adalah negatif

Lintasan B :

kJKKkgmol

kJkgmolW

kgmolmkPa

Kkgmol

KmkPan

V

VnRTdV

V

nRTdVpW

nRTpVV

V

86,131,0

2,0ln300

))((

314,800802,0

00802,0))((314,8

)()(

300

11,0.200

ln

33

1

22

1

Lintasan A :

kJNmJ

mPamN

PaW

VVpdVpWV

V

201.1,0

1

1.10.200

)(

32

3

12

2

1

2. Perhitungan Energi Potensial

Air dipompa dari sebuah reservoir ke dalam tandon air sejauh 300 ft, dengan ketinggian 40 ft diatas permukaan air dari reserrvoir pertama. Berapa kenaikan energi potensial spesifik dari air tersebut dalam Btu/lbm?

3. Perhitungan Energi Kinetik

Air dipompa dari sehuah tangki penyimpanan ke dalam pipa herdiameter dalam 3,00 cm pada laju 0,001 m3/s. Berapa Energi kinetik spesifik dari ai tersebut ?

Penyelesaian soal 2 :

lbmBtulbfft

Btu

slbfftlbm

fts

ftEp /0514,0

))((2,778

1

))(())((2,32

140

2,32

2

2

Penyelesaian Soal 3 :

Diketahui : Diameter pipa 3 cm, jari-jari r = 1,5 cm laju volumetrik = 0,001 m3/s

Dicari dulu berapa v nya ??????

kgjmN

J

smkg

N

smg

vmE

smm

cm

cms

mv

ck /1

))((1

1))((

1

1

/

415,1

2

1

2

/415,11

100

)5,1(

1001,0

2

22

2

22

3