9/24/2014

1

BAB 2

SIFAT TERMODINAMIKA ZAT CAIR

Oleh:

Dr. Ir. Haryadi

JURUSAN TEKNIK MESINPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2012

Zat (substansi) Murni

Zat (substansi) murni dalam pengertian termodinamika adalah zat yang tidak mengalami perubahan komposisi kimia susunan molekul selama proses.

Contoh zat murni adalah:

udara, air (H2O), oksigen (O2), nitrogen (N2), karbon dioksida (CO2).

Zat murni:

tidak harus terdiri dari satu unsur kimia, namun dapat berupa campuran lebih dari satu unsur selama campuran tersebut homogen.

Zat murni juga dapat terjadi dari campuran beberapa zat murni.

Zat murni dibedakan dari campuran.

Campuran air dan minyak bukan zat murni,

Sedangkan campuran air dengan es merupakan substansi murni.

Contoh zat campuran:

air dan minyak

Udara pada umumnya (basah)

Air kopi

.

9/24/2014

2

Fasa dan Perubahannya Fasa suatu zat dapat digambarkan sebagai keadaan zat (materi) pada

kondisi gas, cair, padat, plasma atau kondensat Bose-Einstein.

Kondisi fasa zat yang ditentukan oleh tekanan dan temperaturnya. Fasabisa berubah.

Pada fasa padat: setiap molekul berada pada posisi tetap relatif terhadap yang lainya. Pada

temperatur yang tinggi gaya antar molekul menjadi cukup besar untuk bergerakbebas. Kondisi ini disebut meleleh atau mencair.

Pada fasa cair: jarak antar molekulnya tidak berbeda dengan fasa padat, kecuali bahwa molekul-

molekul tersebut seolah-olah mengambang/mengapung terhadap molekul lainnyasehingga bentuknya dapat berubah-ubah sesuai dengan tempat cairan tersebut.

Pada fasa gas: letak antar molekul sangat berjauhan dan bergerak acak/random satu dengan

lainnya. Pada kerapatan massa/densitas yang rendah, gaya-gaya antar molekulsangat rendah, dan satu-satunya cara untuk saling menyentuh adalah apabilakebetulan molekul-molekul tersebut saling bertabrakan. Pada fasa gas, molekul-molekul mempunyai tingkat energi yang tinggi sehingga gas harus melepaskanenergi yang cukup besar sebelum akhirnya dapat mengalami perubahan fasamengembun atau menyublim

9/24/2014

3

Perubahan sifat fasa zat air, H2O

1. Fasa cair terkompresi (compressed liquid)

2. Kondisi cair jenuh (saturated liquid)

3. Fasa campuran cair-uap

4. Kondisi uap jenuh (saturated steam)

5. Kondisi uap super panas (superheated steam)

Temperatur Jenuh dan Tekanan Jenuh

Pernyataan: air mendidih pada 100 oC kurang tepat. Pernyataan yang benar adalah: air mendidih pada 100 oCbila tekanannya 1 atm.

Pada tekanan selain atm, maka air akan mendidih pada suhu yang lain. Semakin tinggi tekanannya, semakin tinggi titik didihnya. Pada suatu tekanan tertentu, harga suhu dimana suatu zat mulai disebut suhu jenuh (saturation temperature).

Sebaliknya, pada suatu suhu tertentu, harga tekanan dimana suatu zat mulai mendidih disebut tekanan jenuh (saturation pressure). Jadi pada tekanan 1 atm (=101,325 kPa), suhu, T jenuh air = 100 oC, sedangkan pada suhu 100 oC, tekanan, P jenuh = 101, 325 kPa.

9/24/2014

4

9/24/2014

5

Zat menyusut pada saat mencair Zat mengembang saat mencair

9/24/2014

6

Zat menyusut pada saat pembekuan Zat mengembang saat mencair

9/24/2014

7

Entalpi dan entropi

Entalpi adalah suatu sifat yang merupakan kombinasi sifat-

sifat energi dalam, U dan energi kerja, PV. Entalpi menyatakan

tingkat energi yang dimiliki oleh suatu zat, dan sebagai sifat

ekstensive dapat dinyatakan :

H = U + PV [kJ]

atau per satuan massa/sifat intensif :

h = u + Pv [kJ/kg]

Entalpi dan entropi

Entropi merupakan sifat yang berhubungan dengan hukum termodinamika II dan dibahas kemudian dalam Bab 5.

Entropi adalah suatu sifat yang merupakan ukuran ketidakteraturanenergi.

Satuan entropi:

Ekstensif : kJ/K

Intensif : kJ/kg K

9/24/2014

8

Tabel massa jenis air

Berdasarkan tabel massa jenis pada Lampiran, tentukan harga

massa jenis air (cair jenuh dan uap jenuh) pada suhu, T 4 C,

20 C, 100 C, dan 374 C?

Tabel uap jenuh Kondisi cair jenuh dan uap jenuh (Lampiran Tabel B.1.a dan B.1.)

Subskrip f menunjukkan sifat-sifat kondisi cair jenuh,

dan subskrip g menunjukkan sifat-sifat dalam kondisi uap jenuh.

Subskrip yang lain yang juga dipakai adalah fg yang menunjukkanperbedaan antara uap jenuh dan cair jenuh dari suatu sifat yang sama.

Contoh penggunaan misalnya:

hf = entalpai pada kondisi cair jenuh

hg = entalpai pada kondisi uap jenuh

hfg = hg - hf

Hal ini berlaku juga untuk sifat-sifat yang lain, seperti v, u, dan s.

Kalor laten dan kalor sensible

Besarnya harga hfg disebut juga sebagai entalpi penguapan atau panas laten (latent heat) dari penguapan yang menunjukkan jumlah energi yang diperlukan untuk menguapkan sejumlah unit massa yang berada pada kondisi cair jenuh pada suhu dan tekanan tetap.

Dengan kata lain kalor laten adalah energi yang diperlukan untuk merubah fasa suatu suatu zat pada pada suhu dan tekanan tetap.

9/24/2014

9

Campuran cair jenuh-uap jenuh Fraksi atau kualitas uap, x, sebagai perbandingan antara massa uap

terhadap massa total:

x = (muap)/(mtotal)

dimana mtotal = mcair + muap = mf + mg

Harga fraksi/kualitas uap antara 0 dan 1 atau 0% dan 100%.

Pada kondisi cair jenuh, harga x = 0, pada kondisi uap jenuh, harga x = 1. dan pada kondisi campuran cair dan uap harga 0 < x < 1.

h = hf + x hfg [kJ/kg]

u = uf + x ufg [kJ/kg]

s = sf + x sfg [kJ/kg.K]

v = vf + x vfg [m3/kg]

Tabel uap superpanas Pada daerah di sebelah kanan garis uap jenuh, suatu zat akan nampak sebagai uap

superpanas (superheated). Karana uap superpanas merupakan satu fasa (fasa uap saja), maka suhu dan tekanan sudah bukan sifat yang saling bergantungan lagi, dan kedua sifat tersebut menjadi parameter dari zat tersebut.

Contoh 2.7

Uap pada tekanan, P=10 bar, dipanaskan lanjut hingga suhu, T= 300 C. Tentukan hargasifat : v, u, h, dan s

Solusi :

Dari Lampiran Tabel uap superpanas (SI):v = 0,2579 m3/kg

u = 2793,2 kJ/ g

h = 3051,2 kJ/kg

s = 7,1237 kJ/kg.K

9/24/2014

10

Contoh/latihan 2.9

P = 22 bar, T = 420CTentukan harga sifat entalpi, energi dalam, entropi, volume spesifikSolusi :Cara interpolasi.

hu 22,400 = ?hu 22,450 = ?hu 22,420 = ?

hu 22,400 = hu 20, 400 +(2220)/(3020)( hu 30,400hu 20,400)= hu 20. 400 + 0,2 ( hu30,400 hu20,400)= 3247,6 + 0,2 ( 3230,0 3247,6 )= 3244,8 kJ / kg

hu 22,450 = hu20,450 +(22 20)/(3020)(hu 30, 450 hu 20, 450)= 3244,2 kJ/kg

hu 22,420 = hu22,400+(420400)/(450400)(hu 22,450hu22, 400)= 3244,24 + 0,24 (3354,8 3244,2)= 3288, 5 kJ /kg

Sifat-sifat Termodinamik Fluida

Pendinginan siklus termodinamika, memanfaatkan fluida sebagai

objek siklus yang akan digunakan untuk mencapai tujuannya.

Sifat fluida

9/24/2014

11

Diagram uap H2O

Soal-soal

T ,oC P, kPa

v,

m3/kgFasa

60 3,25150 Uap

jenuh200 300110 500