hukum 1 thermodinamika - agungk47.files.wordpress.com · thermodinamika agung ari wibowo s.t., m.sc...
TRANSCRIPT
![Page 1: HUKUM 1 THERMODINAMIKA - agungk47.files.wordpress.com · THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc Politeknik Negeri Malang. Kapasitas panas Jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052208/5c98839a09d3f21c3a8be40d/html5/thumbnails/1.jpg)
HUKUM 1 THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc
Politeknik Negeri Malang
![Page 2: HUKUM 1 THERMODINAMIKA - agungk47.files.wordpress.com · THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc Politeknik Negeri Malang. Kapasitas panas Jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052208/5c98839a09d3f21c3a8be40d/html5/thumbnails/2.jpg)
Kapasitaspanas
Jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan 1 derajat satuan
suhu suatu bahan yang memiliki massa atau mol 1 satuan massa
atau mol
Satuan :
J/gr K atau J/mol K atau bentuk satuan yang lain
Bisa dirumuskan
𝐶 =𝑑𝑄
𝑑𝑇
= 𝑛𝑑∆𝐻
𝑑𝑇𝑎𝑡𝑎𝑢 = 𝑛
𝑑𝑈
𝑑𝑇
![Page 3: HUKUM 1 THERMODINAMIKA - agungk47.files.wordpress.com · THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc Politeknik Negeri Malang. Kapasitas panas Jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052208/5c98839a09d3f21c3a8be40d/html5/thumbnails/3.jpg)
KapasitasPanas padaVolume Konstan
Pada Proses Volume Konstan
Q = n U 𝐶 =𝑑𝑄
𝑑𝑇
Kapasitas panas dari sebuah bahan pada volume konstan dinyatakan
dalam symbol (Cv), dimana Cv didefinisikan sebagai :
𝐶𝑣 =𝜕𝑈
𝜕𝑇𝑣
𝑑𝑈 = 𝐶𝑣 𝑑𝑇 ===> 𝑉 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛
∆𝑈 = න𝑇1
𝑇2
𝐶𝑣 𝑑𝑇
𝑄 = 𝑛 ∆𝑈 = 𝑛න𝑇1
𝑇2
𝐶𝑣 𝑑𝑇
= 𝑛 𝐶𝑣 ∆𝑇
![Page 4: HUKUM 1 THERMODINAMIKA - agungk47.files.wordpress.com · THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc Politeknik Negeri Malang. Kapasitas panas Jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052208/5c98839a09d3f21c3a8be40d/html5/thumbnails/4.jpg)
KapasitasPanas padaTekananKonstan
Pada Proses Tekanan Konstan
Q = n H
Kapasitas panas dari sebuah bahan pada tekanan konstandinyatakan dalam symbol (Cp), dimana Cp dirumuskan :
𝐶𝑝 =𝜕𝐻
𝜕𝑇 𝑝
𝑑𝐻 = 𝐶𝑝 𝑑𝑇 ===> 𝑃 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛
∆𝐻 = න𝑇1
𝑇2
𝐶𝑝 𝑑𝑇
𝑄 = 𝑛 ∆𝐻 = 𝑛න𝑇1
𝑇2
𝐶𝑝 𝑑𝑇
= 𝑛 𝐶𝑝∆𝑇
![Page 5: HUKUM 1 THERMODINAMIKA - agungk47.files.wordpress.com · THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc Politeknik Negeri Malang. Kapasitas panas Jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052208/5c98839a09d3f21c3a8be40d/html5/thumbnails/5.jpg)
KapasitasPanas padaTekananKonstan
Kapasitas panas sebagai fungsi suhu dinyatakan dalam bentuk
𝐶𝑝
𝑅= 𝐴 + 𝐵𝑇 + 𝐶𝑇2 + 𝐷𝑇−2
𝑄 = 𝑛𝑅න𝑇1
𝑇2
𝐴 + 𝐵𝑇 + 𝐶𝑇2 + 𝐷𝑇−2 𝑑𝑇
Nilai konstanta A, B, C dan D adalah tertentu dan berbeda untuk
setiap zat. (Appendiks C buku Smith Van Ness)
![Page 6: HUKUM 1 THERMODINAMIKA - agungk47.files.wordpress.com · THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc Politeknik Negeri Malang. Kapasitas panas Jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052208/5c98839a09d3f21c3a8be40d/html5/thumbnails/6.jpg)
Neraca Massa danEnergi Untuk SistemTerbuka
![Page 7: HUKUM 1 THERMODINAMIKA - agungk47.files.wordpress.com · THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc Politeknik Negeri Malang. Kapasitas panas Jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052208/5c98839a09d3f21c3a8be40d/html5/thumbnails/7.jpg)
Perbedaansystem terbuka dantertutup
Ilustrasi sistem tertutupIlustrasi sistem terbuka
Reactor BatchContinuous Stirred Tank Reactor
![Page 8: HUKUM 1 THERMODINAMIKA - agungk47.files.wordpress.com · THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc Politeknik Negeri Malang. Kapasitas panas Jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052208/5c98839a09d3f21c3a8be40d/html5/thumbnails/8.jpg)
SistemTerbuka
Pada sistem terbuka terdapat beberapa besaran yang digunakan, yaitu
Laju alir massa ( m = kg/s)
Laju alir mol (n = mol/s)
Laju alir volume ( q = m3/s)
Kecepatan aliran (v = m/s)
Jika sebuah pipa memiliki inside diameter (ID), maka luaspenampang (A) dari pipa tersebut dinyatakan dalam
𝐴 =𝜋
4𝐼𝐷 2
Laju alir volume (q) diperoleh sebagai hasil kali antara kecepatandengan luas penampang pipa
𝑞 = 𝑣 𝑥 𝐴
![Page 9: HUKUM 1 THERMODINAMIKA - agungk47.files.wordpress.com · THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc Politeknik Negeri Malang. Kapasitas panas Jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052208/5c98839a09d3f21c3a8be40d/html5/thumbnails/9.jpg)
SistemTerbuka
Laju alir massa (m) diperoleh dari hubungan antara massa, volume
dan densitas. Dimana
𝑚 = 𝜌 𝑥 𝑞
𝑚 = 𝜌 𝑥 𝑣 𝑥 𝐴
Laju alir mol (n) diperoleh dengan membagi laju alir massa dengan
berat molekul dari bahan (Mr)
𝑛 =𝜌 𝑥 𝑣 𝑥 𝐴
𝑀𝑟
![Page 10: HUKUM 1 THERMODINAMIKA - agungk47.files.wordpress.com · THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc Politeknik Negeri Malang. Kapasitas panas Jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052208/5c98839a09d3f21c3a8be40d/html5/thumbnails/10.jpg)
Problem
Liquid incompressible (𝜌 = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛) mengalir secara steady dalam
sebuah pipa yang diameternya bertambah seiring dengan panjang
pipa. Pada titik 1 (d=2,5 cm) kecepatannya 2 m/s, dan diameter titik
2 adalah 5 cm. Hitung
Kecepatan pada titik 2
Perubahan energi kinetic dari titik 1 ke 2
![Page 11: HUKUM 1 THERMODINAMIKA - agungk47.files.wordpress.com · THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc Politeknik Negeri Malang. Kapasitas panas Jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052208/5c98839a09d3f21c3a8be40d/html5/thumbnails/11.jpg)
Neraca Massa Untuk SistemTerbuka
Control Surface
𝑑𝑚
𝑑𝑡+ ∆𝑚 = 0
Laju alir massa yang masuk dan
keluar dari control volume dinyatakan
dalam persamaan
∆𝑚 = 𝑚3 −𝑚2 −𝑚1
𝑚 = 𝜌 𝑥 𝑣 𝑥 𝐴
𝑑𝑚
𝑑𝑡+ ∆ (𝜌 𝑣 𝐴) = 0
![Page 12: HUKUM 1 THERMODINAMIKA - agungk47.files.wordpress.com · THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc Politeknik Negeri Malang. Kapasitas panas Jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052208/5c98839a09d3f21c3a8be40d/html5/thumbnails/12.jpg)
Neraca Massa Untuk SistemTerbuka (Steady State)
Control Surface
𝑑𝑚
𝑑𝑡+ ∆ (𝜌 𝑣 𝐴) = 0
Steady state = akumulasi massa dalam sistem sama dengan nol ( ∆ (𝜌 𝑣 𝐴) = 0)
𝜌3𝑣3𝐴3 − 𝜌2𝑣2𝐴2 − 𝜌1𝑣1𝐴1 = 0
Karena nilai dari densitas berbandingterbalik dengan volume (V)
𝑣3𝐴3
𝑉3−
𝑣2𝐴2
𝑉2−
𝑣1𝐴1
𝑉1= 0
Persamaan Kontinuitas
![Page 13: HUKUM 1 THERMODINAMIKA - agungk47.files.wordpress.com · THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc Politeknik Negeri Malang. Kapasitas panas Jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052208/5c98839a09d3f21c3a8be40d/html5/thumbnails/13.jpg)
PersamaanUmum NeracaEnergi
• Besarnya perubahan energi didalam control volume sebandingdengan energi yang masuk dan keluar dari control volume tersebut
• Setiap massa bahan mengandung energi total yang terdiri dari
𝑈 +1
2𝑣2 + 𝑧𝑔
• Total energi yang dibawa oleh suatu massa bahan adalah
(𝑈 +1
2𝑣2 + 𝑧) 𝑥 𝑚.
Control Surface
Jika dalam terdapat aliran keluar dan masuk pada
sistem
−∆ 𝑈 +1
2𝑣2 + 𝑧𝑔 𝑚
![Page 14: HUKUM 1 THERMODINAMIKA - agungk47.files.wordpress.com · THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc Politeknik Negeri Malang. Kapasitas panas Jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052208/5c98839a09d3f21c3a8be40d/html5/thumbnails/14.jpg)
PersamaanUmum NeracaEnergi
Jumlah akumulasi energi dalam sistem juga dipengaruhi oleh besarnya panas(Q) dan kerja (W)
𝒅(𝒎𝑼)
𝒅𝒕= − ∆ 𝑼 +
𝟏
𝟐𝒗𝟐 + 𝒛𝒈 𝒎 +𝑸+𝑾
Kerja :
1. Work Flow : Kerja yang terasosiasi dengan aliran fluida yang masuk dan
keluar dari sebuah system
2. Work Shaft (Ws) : Energi mekanik selain Work Flow yang dibutuhkan untuk
menggerakan suatu aliran, bisa dilakukan oleh pengaduk, pompa atau
kompresor
![Page 15: HUKUM 1 THERMODINAMIKA - agungk47.files.wordpress.com · THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc Politeknik Negeri Malang. Kapasitas panas Jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052208/5c98839a09d3f21c3a8be40d/html5/thumbnails/15.jpg)
Work Flow
• Dimana pada titik masuk dan keluar fluida tersebut memiliki properti yang
terdiri dari P,V,U,H dan sebagainya.
• Jika fluida ini digerakan oleh sebuah piston yang melawan tekanan konstan P.
• Kerja total yang dilakukan oleh piston ini adalah −∆ 𝑃𝑉 𝑚 dimana tanda
− ∆ menunjukan perbedaan kerja masuk – keluar sistem.
![Page 16: HUKUM 1 THERMODINAMIKA - agungk47.files.wordpress.com · THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc Politeknik Negeri Malang. Kapasitas panas Jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052208/5c98839a09d3f21c3a8be40d/html5/thumbnails/16.jpg)
PersamaanUmum NeracaEnergi
Jumlah akumulasi energi dalam sistem juga dipengaruhi oleh besarnya panas(Q) dan kerja (W)
𝒅(𝒎𝑼)
𝒅𝒕= − ∆ 𝑼 +
𝟏
𝟐𝒗𝟐 + 𝒛𝒈 𝒎 +𝑸+𝑾
Maka dapat dituliskan sebagai berikut
𝒅(𝒎𝑼)
𝒅𝒕= − ∆ 𝑼 +
𝟏
𝟐𝒗𝟐 + 𝒛𝒈 𝒎 + 𝑸 −∆ 𝑷𝑽 𝒎 + Ws
U + PV = H
𝒅(𝒎𝑼)
𝒅𝒕+ ∆ 𝑯+
𝟏
𝟐𝒗𝟐 + 𝒛𝒈 𝒎 = 𝑸+𝑾𝒔
![Page 17: HUKUM 1 THERMODINAMIKA - agungk47.files.wordpress.com · THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc Politeknik Negeri Malang. Kapasitas panas Jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052208/5c98839a09d3f21c3a8be40d/html5/thumbnails/17.jpg)
PersamaanUmum NeracaEnergi Proses Steady State
𝒅(𝒎𝑼)
𝒅𝒕= 𝟎Proses Steady
∆ 𝑯 +1
2𝒗2 + 𝒛𝒈 𝒎 = 𝑸+𝑾𝒔
𝒅(𝒎𝑼)
𝒅𝒕+ ∆ 𝑯+
𝟏
𝟐𝒗𝟐 + 𝒛𝒈 𝒎 = 𝑸+𝑾𝒔
nilai kedua ruas dibagi dengan laju alir massa (m)
∆ 𝑯 +1
2𝒗2 + 𝒛𝒈 =
𝑸 +𝑾𝒔
𝒎
∆ 𝑯 +𝟏
𝟐𝒗𝟐 + 𝒛𝒈 = 𝑸+𝑾𝒔
Nilai semua besaran (termasuk
𝑸 𝐝𝐚𝐧𝑾𝒔) dalam persamaan baru ini
dalam satuan “Energi/massa”