THERMODINAMIKA - · PDF fileHukum Thermodinamika I 3. Zat Murni 4. Gas Sempurna ... •...
Transcript of THERMODINAMIKA - · PDF fileHukum Thermodinamika I 3. Zat Murni 4. Gas Sempurna ... •...
THERMODINAMIKAOleh:
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawanhttp://ydhermawan.wordpress.com/
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 1
PROGRAM STUDI TEKNIK PERMINYAKAN
FAKULTAS TEKNOLOGI MINERAL
UPN “VETERAN” YOGYAKARTA
THERMODINAMIKAMateri:
1. Pendahuluan
2. Hukum Thermodinamika I
3. Zat Murni
4. Gas Sempurna (Perfect Gas)
5. Proses-Proses Reversible
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 2
1. Eastop, T.D. & McConkey, M., (1982) “AppliedThermodynamics For Engineering Technologists”, Longman,London, New York.
2. Kyle, B.G., (1992), “Chemical and ProcessThermodynamics”, Prentice-Hall of India, New Delhi.
Pustaka:
TUJUAN INSTRUKSIONAL UMUM
Mahasiswa mampu menjelaskan konsep dasar thermodinamika
dan penerapannya dalam industri minyak dan gas.
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 3
Some application areas of thermodynamics.
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 4
I PENDAHULUAN
Tujuan Instruksional Khusus:
1.1. Istilah-Istilah (Terminologies) Termodinamika
1.2. Variabel-Variabel dan Kuantitas-Kuantitas Termodinamika
1.3. Keadaan Fluida Kerja (Working Fluid)
1.4. Reversibilitas (Reversibility)
Mhs mampu menjelaskan tentang:
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 5
1.1. Istilah-Istilah (Terminologies) Termodinamika
1.2. Variabel-Variabel dan Kuantitas-Kuantitas Termodinamika
1.3. Keadaan Fluida Kerja (Working Fluid)
1.4. Reversibilitas (Reversibility)
1.1. Istilah-Istilah (Terminologies) Termodinamika
Sistem (System): Bagian darisuatu benda atau ruang yangakan dipelajari atau dianalisis.Sistem mungkin berada dalambatasan nyata ataupun imaginer.
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 6
Keadaan (State): menunjukkankeberadaan kondisi sistem
Lingkungan (Surrounding):Daerah di luar sistim
Sistem Tertutup (Closed System): Sistem yang TIDAKmemindahkan atau menukarkan massa ke lingkungan (massatetap), tapi mungkin panas dan kerja dapat melintas batassistem.
LINGKUNGAN
SISTEMm = tetap
Batas(Boundary)
Heat or WorkExchange
NO MASSExchange
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 7
Sistem Terbuka (Open System) : Sistem yang DAPATmemindahkan atau menukarkan massa, panas, dan kerja kelingkungan
SISTEM
Batas(Boundary)
Heat or WorkExchange
MASSExchange
LINGKUNGAN
Sistem Isotermal (Isothermal System) : Jika proses yangterjadi pada sistem (open or closed system) berlangsung padasuhu konstan.
Sistim Terisolasi (Isolated System) : Sistem yang TIDAKDAPAT memindahkan atau menukarkan massa, panas, dankerja ke lingkungan.
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 8
Sistem Isotermal (Isothermal System) : Jika proses yangterjadi pada sistem (open or closed system) berlangsung padasuhu konstan.
Sistem Adiabatis (Adiabatic System) : Jika proses yangterjadi pada sistem (open or closed system) tanpa pertukaranpanas dengan lingkungan.
1.2. Sifat (Property) Sistem
Sifat yang dimiliki sistem; contohnya: tekanan, suhu, volume,massa
Sifat Ekstensif (Extensive Property): Sifat yang
TERGANTUNG pada ukuran sistem; contoh: volume, massa,
energi total.
Sifat Intensif (Intensive Property): sifat yang TIDAK
TERGANTUNG pada ukuran sistem; contoh: suhu, tekanan,
densitas atau volume spesifik.
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 9
Sifat Ekstensif (Extensive Property): Sifat yang
TERGANTUNG pada ukuran sistem; contoh: volume, massa,
energi total.
Sifat Intensif (Intensive Property): sifat yang TIDAK
TERGANTUNG pada ukuran sistem; contoh: suhu, tekanan,
densitas atau volume spesifik.
Jika sistem homogen, sifat ekstensif dapat diubah menjadi sifatintensif dengan cara
SpesifikropertiPSistemTotalKuantitas
EkstensifropertiPIntensifropertiP
Misal:
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 10
VolumeSpecificmass
Volume
EnergySpecificmass
Energy
Suhu: ukuran numerik dari derajat panas (degree of hotness)
328,1
5932
CTFTCT
FT OOO
O
Suhu Absolut :
SI (Kelvin) : T (K) = T(oC) + 273,15 T(oC) + 273
British (Rankine) : T (R) = T(oF) + 459,67 T(oF) + 460
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 11
Suhu Absolut :
SI (Kelvin) : T (K) = T(oC) + 273,15 T(oC) + 273
British (Rankine) : T (R) = T(oF) + 459,67 T(oF) + 460
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
Comparison oftemperature scales.
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 12
Pressure: didefinisikan sebagai Gaya per satuan Luas. dapat diukur dengan Manometer atau Bourdon Gauge SI : N/m2 = Pascal = Pa; 1 bar = 105 Pa; 1 atm = 1.01325 bar
2232 81.965.98061011
mN
mNxOHmm
223 4.13365.98066.131011
mN
mNxxHgmm
Tekanan di bawah atmospheric Tekanan Vakum Jika pipa U berisi cairan (misalnya, air atau merkuri)
(dimana, 1 m3 H2O beratnya 9810 N)
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 13
VacuumPressure
SYSTEM
Surrounding
Manometer
AtmosphericPressure
SurroundingPerfectVacuum
Barometer
223 4.13365.98066.131011
mN
mNxxHgmm
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
Absolute, gage, and vacuum pressures.
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 14
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
The pressure is the same at all points on a horizontal plane in a given fluidregardless of geometry, provided that the points are interconnected by thesame fluid.
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 15
Kerja (Work):Produk dari sebuah gaya (Force) dan jarak perpindahannya
dLFWdLFdW Satuan N.m = Joule = J
Dalam termodinamika teknik, kerja dapat terjadi akibat dariekspansi atau kontraksi fluida
System(gas)
Piston
Surrounding
Well-insulated
dVPW
dVPA
dVPAFdLW
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 16
System(gas)
Piston
Surrounding
Well-insulated
dVPW
dVPA
dVPAFdLW
P dan T sistem naik, energi intrinsik naik, karena sistemterinsulasi dengan baik, panas tidak dapat mengalir dari atau kesistem. Kerja yang dilakukan oleh piston menyebabkannaiknya energi intrinsik gas.
System
Heat flow
Heat flowH
eat flow
Heat flow
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 17
System
Heat flow
Heat flowH
eat flow
Heat flow
Pada sistem tanpa insulasi, tidak ada kerja yang dilakukan atauyang diberikan sistem, tapi P dan T gas naik karena sistemmenerima panas, sehingga energi intrinsik gas naik. Naiknyaenergi intrinsik gas ini disebabkan oleh panas yangditambahkan ke sistem.
• Seperti suhu, panas (heat) adalah sesuatu yang tampaknyasudah dikenal baik (familiar) tapi sulit untuk didefinisikan.
• Seperti kerja, panas akan mempunyai arti jika terjadi perubahanpada sistem.
• Panas dinyatakan dengan Joule (J) atau kalori• Jika dua sistem mempunyai suhu yang berbeda (T1>T2) saling
berkontak, maka ke-dua sistem akan mencapai suhu yangsama, dengan kata lain panas mengalir (berpindah) dari sistemyang lebih panas (T1) ke sisitem yang lebih dingin (T2).
Panas (Heat)
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 18
• Seperti suhu, panas (heat) adalah sesuatu yang tampaknyasudah dikenal baik (familiar) tapi sulit untuk didefinisikan.
• Seperti kerja, panas akan mempunyai arti jika terjadi perubahanpada sistem.
• Panas dinyatakan dengan Joule (J) atau kalori• Jika dua sistem mempunyai suhu yang berbeda (T1>T2) saling
berkontak, maka ke-dua sistem akan mencapai suhu yangsama, dengan kata lain panas mengalir (berpindah) dari sistemyang lebih panas (T1) ke sisitem yang lebih dingin (T2).
Hot milk(T1)
Cold water(T2)
Perpindahan panas dari Sistem-1(hot milk) ke Sistem-2 (coldwater) sampai kedua sistemmencapai suhu yang sama.
Sulfuric acid andnitric acid are formedwhen sulfur oxidesand nitric oxidesreact with watervapor and otherchemicals high in theatmosphere in thepresence of sunlight.
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 19
Sulfuric acid andnitric acid are formedwhen sulfur oxidesand nitric oxidesreact with watervapor and otherchemicals high in theatmosphere in thepresence of sunlight.
1-10
1.3. Keadaan Fluida Kerja (Working Fluid)
• Fluida: zat yang dapat mengalir/berpindah dari satu tempat ke
tempat lain, misalnya zat cair, uap atau gas working fluid
• Sifat termodinamika: tekanan, suhu, volume spesifik, energi
internal, entalpi dan entropi. Namun, untuk fluida kerja
murni, hanya diperlukan dua sifat (property) untuk
mendefinisikan/menyatakan fluida kerja tersebut secara
lengkap Diagram
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 20
• Fluida: zat yang dapat mengalir/berpindah dari satu tempat ke
tempat lain, misalnya zat cair, uap atau gas working fluid
• Sifat termodinamika: tekanan, suhu, volume spesifik, energi
internal, entalpi dan entropi. Namun, untuk fluida kerja
murni, hanya diperlukan dua sifat (property) untuk
mendefinisikan/menyatakan fluida kerja tersebut secara
lengkap Diagram
P
v
2
1 1
2
P
T
T
v
2
1
P vs v P vs T T vs v
Contoh: fluida di dalam silinder pada P1 dan v1 (state-1 padadiagram P vs v), jika piston berpindah, keadaan fluida jugaberubah pada P2 dan v2 (state-2). Karena keadaan (state) telahdidefinisikan, suhu (T) dapat ditemukan dan titiknya dapat diplotseperti pada diagram P vs T dan T vs v.
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 21
P
v
2
1 1
2
P
T
T
v
2
1
P vs v P vs T T vs v
Diagram termodinamika penting:P-v diagram, T-S diagram, H-S-P diagram
1.4. Reversibilitas (Reversibility)
Ketika sistem mengalami perubahan keadaan, titik-titik keadaan(state points) yang dilalui oleh sistem dapat diplotkan ke dalamdiagram.
Reversibilitas (Reversibility): jika fluida mengalami prosesreversible, maka baik fluida maupun lingkungannya dapat selaludikembalikan ke keadaan semula.
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 22
System(gas)
Piston
Surrounding
Well-insulated
P
v
2
1
P vs vv
Proses reversible antaradua keadaan dapatdigambarkan sebagaisebuah alur/pola kontinyupada diagram P versus vdisamping.
P
v
2
1
P vs vv
Kenyataannya, fluida dalam sebuah proses tidak dapat dijagapada keadaan setimbang sehingga alur kontinyu tidak dapatdirunut pada sebuah diagram, sehingga proses nyata inikemudian disebut sebagai proses irreversible. Prosessirreversible biasanya diilustrasikan dengan garis putus-putusyang menunjukkan bahwa kondisi tengah (intermediate) tidakdapat ditentukan.
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 23
Kenyataannya, fluida dalam sebuah proses tidak dapat dijagapada keadaan setimbang sehingga alur kontinyu tidak dapatdirunut pada sebuah diagram, sehingga proses nyata inikemudian disebut sebagai proses irreversible. Prosessirreversible biasanya diilustrasikan dengan garis putus-putusyang menunjukkan bahwa kondisi tengah (intermediate) tidakdapat ditentukan.
Kriteria-kriteria reversibility
1. Proses harus tidak ada gesekan, fluida tidak mempunyai friksiinternal (internal friction) dan tidak ada friksi mekanik(mechanical friction); contohnya: antara silinder dan piston.
2. Perbedaan tekanan antara fluida dan lingkungannya selamaproses kecil sekali. Hal ini berarti, proses harus berlangsungsangat lambat, karena gaya untuk mempercepat sistim mencapaibatas akhir sangat kecil.
3. Perbedaan suhu antara fluida dan lingkungannya selama prosessangat kecil. Hal ini berarti, panas yang diberikan atau ditolak keatau dari fluidanya harus ditransfer dengan sangat pelan
Dr. Eng. Yulius Deddy Hermawan – Prodi. Tek. Perminyakan – FTM - UPNVY Thermo / I / 24
1. Proses harus tidak ada gesekan, fluida tidak mempunyai friksiinternal (internal friction) dan tidak ada friksi mekanik(mechanical friction); contohnya: antara silinder dan piston.
2. Perbedaan tekanan antara fluida dan lingkungannya selamaproses kecil sekali. Hal ini berarti, proses harus berlangsungsangat lambat, karena gaya untuk mempercepat sistim mencapaibatas akhir sangat kecil.
3. Perbedaan suhu antara fluida dan lingkungannya selama prosessangat kecil. Hal ini berarti, panas yang diberikan atau ditolak keatau dari fluidanya harus ditransfer dengan sangat pelan
Oleh karena itu, dari kriteria-kriteria di atas, jelas bahwa tidak ada proses dalamkenyataan yang benar-benar reversible. Akan tetapi, dalam beberapa prosesnyata sering digunakan pendekatan proses reversible.