0. DEPARTEMEN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAANUNIVERSITAS GADJAH MADAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMJURUSAN FISIKAPROGRAM STUDI GEOFISIKA

Resume Individu Fisika Energi (Energi Thermal)

Disusun Oleh :

DRAJAT WIDIATMOKO WIBOWO11/313107/PA/13639GEOFISIKA

YOGYAKARTA2014

Energi thermal (Q)

Definisi termal dapat dirunut dari bahasa Yunani therm yang berarti kalor (penyebab dan efek, pembangkitan dan penggunaan), serta dari bahasa Latin temper yang berarti campuran (original digunakan untuk 'suhua caeli', kombinasi langit). Sistem didefinisikan sebagai suatu obyek, sejumlah materi dalam suatu daerah ruangan, yang ditetapkan dalam bahasan dan dipisahkan dari sekeliling (lingkungan) oleh batas sistem. Batas sistem dapat bersifat fisik real ataupun berupa imajiner sesuai dengan keperluan untuk membedakan elemen sistem dan elemen lingkungan. Lingkungan dinyatakan sebagai semua elemen yang bukan merupakan bagian dari sistem.

Karakteristik sistem secara kuantitatif dinyatakan dengan nilai sifat atau besaran (property) yang dapat diukur. Deskripsi kondisi sistem dengan nilai tertentu dari sifat-sifat tersebut dinamakan pula sebagai keadaan (state). Keadaan sistem dapat dibedakan antara keadaan internal dan eksternal. Keadaan internal bersifat inherent dalam sistem meliputi p, T, V, U, H dan S.

Sedangkan sifat eksternal merupakan sifat dengan nilai relatif terhadap referensi lingkungan misalnya level dan kecepatan. Jika salah satu atau beberapa nilai sifat dari sistem mengalami perubahan maka dinamakan sistem mengalami proses. Sedangkan jika beberapa rangkaian proses yang memiliki kondisi akhir proses kembali ke kondisi semula dinamakan siklus. Sistem termal adalah seperangkat komponen (termal) yang memiliki struktur tertentu. Misalnya sebuah refrigerator merupakan sistem termal yang terdiri dari gabungan pemipaan, kompresor, motor listrik, penukar kalor, valve, isolator, casing, lampu dll. Bahan refrigeran di dalamnya merupakan fluida kerja sistem.

Proses termal adalah suatu proses yang berlangsung akibat dari efek termal. Efek termal alami terjadi akibat adanya gradien suhu dan atau gradien kecepatan (sehingga ada aliran materi dan energi), serta gradien konsentrasi. Efek termal buatan dihasilkan dengan menciptakan gradien kekuatan tersebut. Sebuah proses adalah serangkaian tahapan yang terjadi antara dua keadaan dari sistem, yang dinamakan keadaan awal dan akhir. Proses dinamakan steady jika tidak ada variasi keadaan akhir terhadap waktu. Proses steady merupakan kasus umum dalam analisis sistem termal. Sebuah proses siklus dapat dipandang sebagai serangkaian proses steadi.Hukum pertama termodinamika membahas tentang macam energi, konversi dan relasi satu sama lain. Sehingga secara umum merupakan pernyataan tentang prinsip kekekalan energi. Energi dapat dibedakan antara energi sistem (besaran sistem) dan energi transfer/proses (besaran proses). Energi Sistem menyatakan keadaan dari sistem sehingga disebut pula sebagai besaran keadaan. Energi total sistem merupakan jumlah dari keseluruhan bentuk energi.

Energi transfer terjadi selama perubahan keadaan sistem berlangsung (proses), sehingga disebut juga sebagai besaran proses. Termasuk dalam kategori energi transfer dibedakan antara energi kerja (W) dan energi kalor (Q). Hukum Termodinamika pertama menyatakan bahwa jumlah dari keseluruhan energi (energi sistem dan energi proses) secara makroskopik selalu tetap. Jika dalam suatu proses terjadi perubahan energi sistem maka harus diikuti dengan terjadinya energi proses. Hal tersebut dinamakan pula sebagai prinsip kekekalan energi (konservasi energi).

Bahasan tentang aplikasi prinsip konservasi energi pada sistem termal dapat dilakukan lebih rinci untuk sistem terbuka dan tertutup.

Batas sistem terbuka memiliki sifat yang dapat ditembus materi dan energi, sehingga memungkinkan terjadinya transfer dengan lingkungan baik berupa materi, panas maupun kerja.Kondisi khusus sistem terbuka dengan keadaan steadi dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.

Secara real keadaan steadi (stasioner) suatu sistem sulit dicapai, sehingga sering didekati dengan keadaan quasistasioner, dimana perubahan yang terjadi selama rentang waktu tertentu dapat diabaikan dan keadaannya dapat dinyatakan dari hasil beberapa kali pengukuran dengan nilai rerata yang stabil.

Sistem tertutup digunakan untuk sistem dengan materi tetap, tidak terjadi aliran materi antara sistem dengan lingkungan. Prinsip dasar dari sistem tertutup yaitu batas sistem tidak dapat ditembus oleh materi tetapi dapat ditembus panas dan kerja. Konsep sistem tertutup misalnya, sejumlah gas dalam silinder, dengan piston yang bisa bergerak.

Keadaan setimbang awal dan akhir dari sistem tertutup dapat dinyatakan dengan integrasi persamaan tersebut. Bahasan tentang sistem tertutup lebih diarahkan untuk melihat bagaimana perubahan dari kondisi setimbang awal dan kondisi setimbang akhir. Atas dasar sifat termal batas sistem dapat dikenal kondisi khusus untuk sistem tertutup yaitu sistem terisolasi. Sistem dengan batas sistem yang bersifat tidak meneruskan energi (kalor dak kerja) didefinisikan sebagai sistem terisolasi.

Semua proses dapat memenuhi prinsip hukum pertama Termodinamika, tetapi beberapa proses tidak pernah terjadi. Sebagai contoh transfer kalor dari reservoir dingin ke reservoir panas atau aliran dari tekanan rendah ke tekanan tinggi.

Perubahan dan transfer energi harus memenuhi prinsip konservasi dan degradasi kualitas energi. Sehingga efisiensi termal dari semua mesin kalor harus lebih rendah dari 100% akibat adanya efek disipasi. Proses yang terjadi pada suatu sistem berlangsung secara ireversibel, dikarenakan sistem ataupun lingkungan tidak dapat kembali seperti keadaan semula. Proses reversibel merupakan idealisasi.

Energi panas atau termal sebuah propek reservoir panas bumi secara sederhana dapat ditentukan dengan estimasi luas permukaan dan ketebalan prospek potensi reservoir panasbumi, beda suhu antara dasar reseservor dan permukaan batuan penutupnya, serta panas jenis batuan reservoir. Q = A x h x C x T Dimana : Q = energi thermal (J)A = luas permukaan potensial panas bumi (km2) h = ketebalan reservoir (km)C = panas jenis batuan reservoir (J/km3 oC ) T = beda suhu antara dasar reservoar dan permukaan batuan penutup (oC)

Waktu efektif reservoir panas bumiWaktu efektif reservoir panas bumi = Q x presentase potensi energi / PDimana :Q = energi thermal (J)P = daya generator (W)1 J = 1 Ws1 tahun= 365 x 24 x 60 x 60 s = 31 536 000 s = 3,15 107 sMaka: Waktu efektif reservoir panasbumi = 1020 J x 2% / (109 W)= 109 s = 31,7 tahun

Contoh :Diketahui luas permukaan daerah potensial panasbumi sebesar 50 km2, perkiraan ketebalan reseservoir 2 km, beda suhu 200oC, serta panasjenis (specific heat) batuan reservoir 2,5 J/(cm3 oC), hitung energi termal (Q) nya.Q = A x h x C x T = 50 1010 cm2 x 2 105 cm x 2,5 J/(cm3 oC ) x 200 oC = 1020 JApabila hanya 2% saja dari potensi energi ini yang dapat digunakan untuk membangkitkan generator listrik dengan daya 1000 MW dalam waktu satu tahun, dapat ditentukan umur efektif dari reservoir panas bumi tersebut.

Daftar Pustakahttp://sihana.staff.ugm.ac.id/s1/than/than-ch01.htm (Analysis of Thermal System)