termodinamika adalah salah satu ilmu yang - polban
TRANSCRIPT
![Page 1: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/1.jpg)
q
![Page 2: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/2.jpg)
Termodinamika adalah salah satu ilmu yangmempelajari tentang energi dan entropi.Jumlah energi adalah tetap hal ini sesuaiHukum Termodinamika I yakni energi tidakdapat diciptakan atau dimusnahkan tetapimengalami perubahan bentuk menjadienergi lain.Entropi adalah proses berubahnya bentukenergi. Proses yang memproduksi entropimungkin terjadi, tetapi yang memusnahkanentropi mustahil dapat terjadi. Dengan katalain terjadi batasan mengenai proses ataukonversi beberapa bentuk energi menjadibentuk lain (Hukum Termodinamika II).
![Page 3: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/3.jpg)
Kerja dapat dikonversikan seluruhnya dan secara
terus menerus menjadi termal. Sebaliknya termal
tidak dapat secara keseluruhan dan terus
menerus menjadi kerja.
Dengan kata lain termal tidak seluruhnya
tersedia untuk melakukan kerja secara terus
menerus yaitu dalam siklus.
Bagian termal yang tak dapat dikonversikan
menjadi kerja disebut energi tak tersedia. Harus
dibuang sebagai termal berderajat rendah
setelah melakukan kerja. Jadi walaupun jumlah
energinya tetap, ketersediaannya tidak.
![Page 4: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/4.jpg)
1.1 Hukum Termodinamika I
Kekekalan energi untuk sistem adalah :Ma Va1
2 Mb Vb12
E1 = Ea1 + Ebi = __________ + __________ + Ua1 + Ub1
2 gc 2gc
(1 .1)Energi akhir sistem adalah :
E2 = Ua2 + Ub2 (1.2)
Energi sistem diisolasi, sehingga energi sistemtidak berubah
E1 = E2 (1.3)
![Page 5: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/5.jpg)
Dari persamaan (1.1) ; (1.2); dan (1.3) menjadi:
Ma Va12 + Mb Vb
2
U2 – U1 = (Ua2 – Ua1) + ( Ub2 – Ub1) = _____________________________
2 gc
(1.4)Dimana :
U = energi dalamM = massaV = kecepatangc = konstanta gravitasi
Sedang kekekalan energi yang melibatkan proses takbereaksi kerja aliran stedi dan aliran tak stedi, makapersamaannya adalah :
U1 + ∑ E1 + Q = U2 + ∑ E2 + ∑ W
![Page 6: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/6.jpg)
∑ E adalah energi yang terjadi pada proses didalam sistem tersebut, yakni energi kinetik danpotensial sehingga persamaannya adalah :
V12 g1 V2
2 g2U1 + ________ + z1
_______ + Q = U2 + _______ + z2______ + ∑ W
2 gc gc 2gc gc
(1.5)∑ W adalah kerja aliran.Kerja ada berbagai macam yakni :Kerja yang dilakukan pada sistem berbentuk segi
empat
2 2 aW12 = ∫ F dx = ∫ a x 3 dx = ____ ( x2
4 – x24)
1 1 4(1.6)
F adalah gaya, x posisi.
![Page 7: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/7.jpg)
Kerja pada engkol yang dilengkapi roda
dW = - Fc (r – R) dΦ = Fc (R – r) dΦ(1.7)
Fc adalah gaya kekiri , r radius roda, RdΦpergeseran horizontal
c. Kerja yang terjadi pada medan listrik
2
W12 = ∫ P A dx (1.8)1
P adalah tekanan, A luas pelat.
![Page 8: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/8.jpg)
d. Kerja kompresi suatu fluida
dW = PdV (1.9)
P adalah tekanan fluida, dV pertambahan volume
e. Kerja untuk peregangan suatu batang
dW = σx A dx (1.10)
σx tegangan normal, A luas.
f. Kerja perluasan permukaan suatu cairan
dx
dW = 4 σ b _____ = 2 σ b dx (1.11)
2
jika dA = 2 b dx, maka :
dW = σ dA (1.12)
σ adalah tegangan antar permukaan.
![Page 9: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/9.jpg)
g. Kerja oleh magnetisasi dan polarisasidW = E d (VP) (1.13)
E menyatakan kekuatan medan listrik di dalam dialektrika, Pmedan polarisasi dan V volume sistem
h. Kerja terhadap zat magnetikdW = μo H d(VM) (1.14)
H adalah kekuatan medan magnet, M vector magnetisasi ,μokonstanta
i. Kerja pada proses isobarikW12 = P(V1 – V2) atau W12 = mp1 (v1 – v2) (1.15)
V adalah total volume, m massa dari sistem
j. Kerja listrikWe = IV (1.16)
I adalah arus dalam amper,V tegangan dalam volt
![Page 10: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/10.jpg)
Contoh soal :Sebuah siklus selama proses, melakukan empat
perpindahan energi yakni :Q1 = 230 kalori, Q2 = 25 kalori, Q3 = -210 kalori, dan Q4 = 39kalori. Pada empat titik kerja, tiga diantaranya adalah W1 = 50J,W2 = 35 J, dan W3 = 77 J. Berapa kerja yang ke empat ?
Jawab :Konversi satuan :
9,81 J = 1 kgfm1 kkal = 427 kgfm
Hukum Termodinamika I :∑Q - ∑W = 0
atauQ1 + Q2 + Q3 + Q4 = W1 + W2 + W3 + W4230 + 25 – 201 + 39 1
___________________________ = ______________ (50 + 35 + 77 + W4)1000 9,81 x 427
W4 = 227,5 J
![Page 11: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/11.jpg)
1.2 Hukum Termodinamika IIEntropi (S) adalah energi persatuan
temperatur. Jika sistem terisolasi sehinggaentropi tidak mengalir ke atau dari sistemmaka sistem haruslah timbul oleh karenaadanya produksi entropi di bagian dalam .Jadi persamaan entropi adalah :
P s = Sakhir - Sawal (1.17)Produksi pertambahanEntropi entropi yang terkandung
Hukum kedua mengharuskan produksientropi ini sama atau lebih besar dari nol, jadi:
Sakhir – Sawal ≥ 0 (1.18)
![Page 12: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/12.jpg)
Untuk sistem terisolasi adalah:∆S ≥ 0 (1.19)
sedangkan entropi spesifik adalah entropi persatuanmassa :
Ss = ____ (1.20)
MDengan M adalah massa, kg
Entropi spesifik suatu campuran cairan uap dapatdinyatakan dengan menggunakan kualitas danentropispesifik dari cairan dan uap :
s = (1-x)sf + xsg (1.21)sf adalah entropi cairan dan sg entropi uap.Entropi gas nyata :
T2 V2s2 – s1 = Cv ln [ _____ ] + R ln [ _____ ] (1.22)
T1 V1
![Page 13: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/13.jpg)
T2 V2s2 – s1 = Cp ln [ _____ ] - R ln [ _____ ] (1.23)
T1 V1
V2 P2s2 – s1 = Cp ln [ _____ ] + Cv ln [ _____ ] (1.24)
V1 P1
Contoh soal :Gas pada volume konstan mempunyai panas
spesifik 0,4 kkal/kg K. Volume spesifik gas padatemperature 540 K adalah 0,0625 m3/kg ketika terjadiekspansi secara reversible dan adiabatic berubahmenjadi 0,1875 m3/kg pada temperature 170 K. Ketikaterjadi ekspansi dari kondisi awal temperature akhiradalah 30 K. Hitung perubahan entropi pada masing-masing proses adiabatic tersebut !
![Page 14: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/14.jpg)
![Page 15: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/15.jpg)
Untuk proses reversibel 1 – 2 pada volume konstan
s3 – s1 = (s3 – s2) + (s2 – s1)= (s3 – s2) + 0
T3
= cv ln (________)T2
540 - 30= 0,4 ln (_____________)
540 – 170
= 0,1288 kkal/kg K
![Page 16: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/16.jpg)
r
![Page 17: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/17.jpg)
Sifat dan tingkat keadaan merupakansesuatu yang penting dalam memahamitermodinamika.Sifat adalah sesuatu yang dimiliki oleh fluida yaknikarakteristik yang dapat ditentukan secarakuantitatif. Sifat – sifat tersebut adalah volume,massa, energi, temperatur, tekanan, magnetisasi,polarisasi dan warna.
Tingkat keadaan adalah kondisi yangdigambarkan oleh sederetan harga sifatnya,misalnya kecepatan dan ketinggian merupakanberbagai sifat dari tingkat keadaan kinetiknya.Temperatur dan kelembaban merupakan berbagaisifat dari tingkat keadaan termodinamiknya.
![Page 18: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/18.jpg)
Pabsolut = Pgauge + Patm (2.2)
Hubungan temperatur dengan tekanan
adalah :
P V = f (T) (2.3)
Temperatur biasanya dinyatakan dalam oC
atau oF. Hubungan antara oC atau oF dengan
temperatur absolut adalah sebagai berikut :
Tabsolut = ToF + 460 (2.4)
Tabsolut = ToC + 273 (2.5)
![Page 19: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/19.jpg)
Untuk gas ideal :P v = R T atau P V = n R T (2.6)
Dimana :n = mol fluida
= m/BMm = massa, kgBM = berat molekul, kg mol/kgv = volume spesifik, m3/kg molP = tekanan, N/m2
R = kostanta gas ideal, kkal/kg mol oC
T = temperature, oCV = volume, m3
![Page 20: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/20.jpg)
Contoh soal :Sebuah alat mempunyai volume 30 m3 setelah
dioperasikan mengalami penurunan tekanan dari1,0332 kgf/cm2 menjadi 0,35 kgf/cm2 dantemperatur dari 27oC menjadi 5oC. Hitung :
a. berapa kg perubahan udara dari alattersebut?
b. konversikan massa menjadi volume yangdiukur pada tekanan 1,0332
kgf/cm2 dan temperatue 27oC ! R = 29,27kgf/kg KJawab :
a.V1 = 30 m3 V2 = 30 m3
P1 = 1,0332 kgf/cm3 P2 = 0,35oCT1 = 27 + 273 = 300 K T2 = 5 + 273 = 278 K
![Page 21: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/21.jpg)
Persamaan gas idealPV = nRT karena R dalam satuan per kg, maka
Kondisi 1 → P1 V1 = m1 R T1Kondisi 2 → P2 V2 = m2 R T2
Massa perubahan udara selama proses adalah :
1 P1V1 P2 V2(m1 – m2) = ____ ( ______ - _______)
R T1 T2
1 1,0332 x 104 x 30 0,35 x 104 x 30
= _______ (_____________________ -___________________)
29,27 300 278= 22,3 kg
![Page 22: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/22.jpg)
b. Volume dari massa perubahan udara tersebut adalah :m x R x T
V = ______________
P22,3 x 29,27 x 300
= _________________________ = 18,85 m3
1,0332 x 104
2.2 Kapasitas panasUntuk fluida campuran :
dhCp = [ _____]P kapasitas panas pada tekanan kostan
(2.7)dT
duCv = [ ______]v kapasitas panas pada volume konstan
(2.8)dT
![Page 23: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/23.jpg)
Hubungan kapasitas panas dengan kostanta gas ideal adalah
sebagai
berikut :
Cp = Cv + R (2.9)
Hubungan kapasitas dengan entalpi adalah sebagai berikut :
T2
H = ∫ Cp dT (2.10)
T1
2.3 Energi dalam dan Entalpi
Energi dalam (U), untuk spesifik energi dalam (u) yakni
perbandingan antara U dan M :
U
u = ______ (2.11)
M
Untuk entalpi spesifik :
H
h = ______ (2.12)
M
![Page 24: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/24.jpg)
Hubungan entalpi dengan energi dalam adalahsebagai berikut :
H = U + PV (2.13)
2.4 FugasityPersamaan fugasity (f) :
f 1 v RT Pv Pvln = ____ = ______ ∫ [ _____ - P ] dv + ______ - 1 – ln ______
(2.14)P RT ∞ v RT RT
Koefisien fugasity (v) :P v 1
ln v = ∫ [ _____ - ____ ] dP(2.15)
P = 0 RT P
![Page 25: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/25.jpg)
Contoh soal :Diketahui sifat sebuah zat mempunyai
korelasi sebagai berikut :u = 397 + 0,330 T
PV = 57,5 (T + 273)Dimana : u = energi dalam spesifik, kkal/kg
T = temperature, oCP = tekanan, kgf/m3
V = Volume spesifik, m3/kgHitung Cv dan Cp !
Jawab :du du
- Cv = [ ______]v = ______
dT dT
![Page 26: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/26.jpg)
d (397 + 0,330 T)Cv = _______________________
dT
= 0,330 kkal/kg oC
dh- Cp = [ _____]P
dTd (u + PV)
= ______________
dT57,5 (T + 273)
d[(397 + 0,330T) + __________________]427
= _________________________________________
dT
![Page 27: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/27.jpg)
d (397 + 0,330 T)Cv = _______________________
dT
= 0,330 kkal/kg oC
dh- Cp = [ _____]P
dTd (u + PV)
= ______________
dT57,5 (T + 273)
d[(397 + 0,330T) + __________________]427
= _________________________________________
dT
![Page 28: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/28.jpg)
57,5 Td [0,330 + _________]
427= ___________________________
dT= 0,330 + 0,135= 0,465 kkal/kgoC
2.5 Gas nyataDalam temperatur ruang gas mempunyai
sifat – sifat gas ideal. Jadi sebenarnya gas nyatapada kondisi tertentu saja yang memenuhihukum gas ideal. Interaksi antar gas nyatamenyebabkan adanya penyimpangan terhadappersamaan gas ideal .
![Page 29: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/29.jpg)
Faktor didalam gas nyata adalah factor kompresibilitas (Z) didefinisikan sebagai berikut :
PVZ = _____ (2.16)
RT
a. Persamaan Van der Waals untuk satu mole gasa
(P + _____ ) (V – b ) = R T per gram mole gas (2.17)
V2
Dimana :27 Tc
2
a = _____ R2 _____ (2.18)64 Pc
![Page 30: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/30.jpg)
RTc vc
b = _______ = _____ (2.19)
8Pc 3
P = tekanan, N/m2
V = Volume, m3
R = konstanta gas, 1,986 kkal/kg
mole K
![Page 31: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/31.jpg)
Tabel 2.1 Konstanta Van der Waals dan temperatur serta tekanankritis
___________________________________________________________________________________________
____
Gas Pc, atm Tc, R a, atm ft6/(lb mole)2 b, ft3/lb mole
___________________________________________________________________________________________
____
O2 50,1 278,6 349 0,510 N2 33,5 227,1 346 0,618 H2O 218,3 1165,3 1400 0,486 CO 34,5 240 374 0,630 CO2 72,9 547,5 924 0,685 CH4 45,8 343,9 579 0,684 C2H6 48,2 549,8 1410 1,04 C4H8 42 665,9 2370 1,45 C6H10 37,5 765,2 3670 1,94 NH3 111,3 729,8 1080 0,598 H2 12,8 59,9 63 0,427
___________________________________________________________________________________________
![Page 32: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/32.jpg)
b. Persamaan Redlich – KwongR T a
P = ___________ - __________________ (2.20)V – b T1/2 V ( v + b )
a = 0,42748 R2 Tc5/2 / PC
(2.21)b = 0,08664 R Tc / PC (2.22)
Contoh soal :Satu kg CO2 mempunyai volume 0,004
m3 dan tekanan 100 atm. Hitung temperaturedengan :a. Persamaan gas ideal b. Persamaan Van der Waals’
![Page 33: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/33.jpg)
Jawab :
a. PV = n RT
m
= ____ RT
BM
BM x P x V 44 x (1,0332 x 100 x 104 ) x 0,004
T= ______________ = _________________________________________
m x R 1 x 848
= 214,44 K
![Page 34: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/34.jpg)
a
b. [ P + _____ ] ( v – b ) = RT
v2
Dari tabel 2.1 :a = 924 atm ft6 / (lb mole)2 = 3,695 atm m6 / (kg mole)2
b = 0,685 ft3/lb mole = 0,04275 m3/kg mole
v = V/n = V/(m/BM) = 0,004/(1/44) = 0,176 m3 /kg mole
3,695
[ 100 + ________ ] (0,176 – 0,04275) = 0,082 x T
0,176
T = 196,6 K
![Page 35: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/35.jpg)
2.6 Sifat KritisDapat tidaknya suatu subtansi dalam keadaan
cair tergantung pada temperaturnya. Jikatemperaturnya tinggi sekali sehingga lintasanenergi kinetik dari molekul-molekul melebihienergi potensial maximum dari tarik menarikdiantara mereka tidak mungkin terbentuk keadaancair, keadaan dimana energi kinetik sama denganenergi potensial disebut keadaan kritis.-Temperatur kritis (Tc)-Temperatur yang berada pada energi kinetiksama dengan energi potensial maximum.
-Tekanan kritis (Pc)-Tekanan yang dibutuhkan untuk mencairkan suatugas pada temperatur kritisnya.
![Page 36: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/36.jpg)
Volume kritis (Vc)
Volume pada keadaan kritisReduksi temperatur (Tr)
Perbandingan temperatur suatu zat terhadap temperaturkritisnya.
Tr = T/Tc (2.23)
Reduksi tekanan (Pr)Perbandingan tekanan suatu zat terhadap tekanan kritisnya.
Pr = P/Pc (2.24)
Reduksi volume (Vr)Perbandingan volume suatu zat terhadap volume kritisnya.
Vr = V/Vc (2.25)
![Page 37: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/37.jpg)
r
![Page 38: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/38.jpg)
Sistem – sistem konversi energi, kebanyakanmelibatkan suatu fluida kerja seperti air atau udarayang disirkulasikan melalui sistem dalam suatusiklus.Siklus ini ada yang tertutup dan ada yang terbuka,dalam pelaksanaan analisa termodinamikamenerapkan berbagai batasan.Jika zat mengalami proses siklus, tidak terdapatperubahan energi netto, jadi perpindahan energinetto ke satu satuan massa zat sebagai panasselama siklus berlangsung harus sama denganperpindahan energi netto sebagai kerja, dankeduanya sama dengan luas yang terkurung olehlintasan yang reversibel dalam bidang T – S .Berbagai siklus akan dibahas dalam bab ini.
![Page 39: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/39.jpg)
3.1 Siklus Carnot
Siklus Carnot adalah siklus yang
berlangsung secara reversible yang
didefinisikan sebagai dua proses
isothermal dan dua proses isentropik
(gambar 3.1).
![Page 40: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/40.jpg)
Siklus ini merupakan suatu mesin 2T reversibel,jadi perbandingan diantara berbagai perpindahanenergi sebagai panas adalah sebagai berikut :
QH TH______ = ______
QC TC
Sehingga efisiensi konversi energinya adalahsebagai berikut :
W QH - QC TC
η = ______ = ____________ = 1 - ______
QH QH TH
![Page 41: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/41.jpg)
Dimana :W = kerja, WattQC = Energi fluida dingin, WattQH = Energi fluida panas, WattTC = Temperatur fluida dingin , oCTH = Temperatur fluida panas , oC
Apabila siklusnya dibalik , maka siklustersebut bekerja sebagai refrijerator. Siklusini menyarankan bahwa diinginkan harga THyang dekat dengan harga TC.
![Page 42: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/42.jpg)
Siklus refrijerasi ditunjukkan dengan
menggunakan nilai koefisien performansi
atau COP ( Coefficient of Performance).
QC
COPrefrijerasi = _______ atau
W
QC TC
COP = _____________ = __________
QH - QC TH – TC
Pada Siklus Carnot:
- proses perpindahan energi yang sama dapat
dicapai pada daerah uap basah.
![Page 43: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/43.jpg)
- sifat-sifat termodinamik dimana perubahan entalpi fluida kerja
akan menghasilkan penguapan atau kondensasi, tetapi tidak
pada perubahan temperatur, temperatur hanya diatur oleh
tekanan uap fluida.
- Ekspansi isentropik dapat didekati dengan teliti dengan fluida
yang berada dalam fase uap atau bila fraksi kekeringan besar.
![Page 44: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/44.jpg)
Contoh Soal:
Air masuk ke pompa pada suhu 30oC, tekanan
1 bar. Air keluar pompa masuk ke boiler, dari
boiler keluar uap jenuh pada tekanan 8 bar.
Uap jenuh masuk ke turbin, produk dari
turbin adalah steam pada tekanan 1 bar.
Sebagian keluaran turbin masuk kembali ke
pompa. Jika turbin beroperasi secara
adiabatik-reversibel, hitung efisiensi termal
jika proses berlangsung menerapkan siklus
Carnot! Diketahui volume spesifi air masuk
pompa = 0,001 m3/kg
![Page 45: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/45.jpg)
3.2 Siklus RankineSiklus Rankine adalah:
- siklus yang meniadakan proses pemampatan.- kerja pompa menaikkan tekanan fluida kerja
dalam fase cair dari pL ke pH akan jauh lebihkecil dari pada kerja pemampatan untukcampuran uap-cairan dalam jangka tekananyang sama.
- titik b pada keadaan buang pompa hanyasedikit di atas titik a pada garis cair jenuh.
- Penambahan panas pada siklus ini tidakseluruhnya pada temperatur konstansebagaimana pada siklus Carnot.Penambahan panas terjadi pada tekanankonstan.
![Page 46: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/46.jpg)
Siklus Rankine pada system tenaga uap
![Page 47: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/47.jpg)
Efisiensi siklus Rankine adalah sebagai
berikut :
Panas yang disuplai – Panas yang
ditolak ηth = _____________________________________________________
Panas yang disuplai
QH - QL
= ____________
QH
![Page 48: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/48.jpg)
QL
= 1 - ________
QH
Siklus beroperasi diantara pengabsorbsi panaspada pH yang temperatur penguapannya adalah TH
dan penolakan panas pada pL yang temperaturkondensasinya adalah TL.Sebagian besar perpindahan panas berlangsungsecara isothermal disebabkan oleh terjadinyaperubahan fasa.Besaran- besaran QH dan QL maupun kerja yangberguna dapat ditunjukkan pada sifat-sifattermodinamik.
![Page 49: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/49.jpg)
Pada siklus suplai panas ke evaporator permassa satuan fluida kerja adalah sebagaiberikut :
QH = (H3 – H2)Penyerapan panas di kondensor adalahsebagai berikut :
QL = (H1 – H4)
Kerja turbin adalah sebagai berikut :wT = (H3 – H4)
Kerja pompa adalah sebagai berikut :wP = - (H6 – H5)
![Page 50: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/50.jpg)
Tanda negatif menunjukkan bahwa kerja
dilakukan pada fluida kerja. Keluaran kerja
bersih siklus adalah penjumlahan antara
kerja yang keluar dan kerja yang masuk.
Jadi :
wN = (wT + wP)
Persamaan tersebut sesuai denga hukum
termodinamika pertama yakni keluaran
kerja bersih sama dengan panas yang
disuplai dikurangi panas yang ditolak.
![Page 51: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/51.jpg)
Contoh Soal:
Sebuah boiler dengan tekanan maksimum 7 bar dan
tersedia pendingin pada suhu 50oC. Kondensor didesain
dengan perbedaan suhu 15oC, sehingga suhu rendah
siklus 65oC. Superheater dan kondensor dioperasikan
sehingga katup ekspansi dan pompa menangani hanya
satu fase material. Pompa dan ekspansi harus pada
kondisi adiabatik dan reversibel.
a. tentukan pemanasan lanjut yang dibutuhkan dan
efisiensi thermal siklus, jika beroperasi dengan siklus
Rankine.
b. bandingkan efisiensi jika memakai siklus carnot,
i. jika boiler beroperasi pada tekanan 7 bar dan
menggunakan pompa pada suhu 65oC.
ii. Pada suhu superheater maksimum
c. tentukan efisiensi termal jika boiler beroperasi pada
tekanan15 bar
![Page 52: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/52.jpg)
3.3 Siklus OTTO
Siklus Otto dengan siklus udara standart,
yakni udara digunakan sebagai fluida
kerja dalam sebuah sistem tertutup.
Diagram P-V dan T- S Siklus OTTO
![Page 53: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/53.jpg)
Panas yang dimasukkan pada volume konstanadalah :
QH = Cv (T3 – T4) Panas yang dibuang adalah sebagai berikut:
QL = Cv (T5 – T2) Kerja yang dihasilkan adalah sebagai berikut
:w = QH - QL
Efisiensi siklus udara standar adalah sebagaiberikut :
QLηs = 1 - _______
QH
![Page 54: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/54.jpg)
Contoh Soal:
Rasio kompresi udara pada siklus otto
adalah 8. jika udara sebelum dikompresi
bersuhu 60oF dan tekanan 1 atm, jumlah
gas per siklus adalah 800 Btu/lb. Hitung
a. suhu dan tekanan masing-masing titik
pada
siklus
b. panas yang mungkin hilang
c. efisiensi termal
![Page 55: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/55.jpg)
3.4 Siklus Diesel
Siklus Diesel pada motor bakar torak
dengan mengkompresikan udara sampai
mencapai temperatur nyala bahan bakar,
kemudian bahan bakar diinjeksikan dengan
laju penyemprotan tertentu, sehingga
dihasilkan proses pembakaran pada tekanan
konstan.
![Page 56: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/56.jpg)
Proses 1-2 adalah isentropik:
Proses 3-4 adalah isentropik:
![Page 57: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/57.jpg)
Contoh SoalRasio kompresi udara pada siklus dieseladalah 15. jika udara sebelum dikompresibersuhu 60oCdan tekanan 1 atm, jumlah udara per siklusadalah 800 Btu/lb. Diketahui Cp = 0,24Btu/lbm R, Cv= 0,171 Btu/lbm R. Hitung:a. suhu dan tekanan masing-masing titik
padasiklus
b. panas yang mungkin hilangc. efisiensi termal
![Page 58: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/58.jpg)
3.6 Siklus Brayton
Siklus Brayton pada turbin gas
dengan
siklus tertutup.
Siklus Brayton
![Page 59: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/59.jpg)
Dalam siklus ini diidealisasikan, proses padakompresor dan turbin adalah isentropik dankerugian tekanan di dalam berbagai penukarpanas diabaikan. Efisiensi konversi panasdengan fluida kerja gas ideal adalah sebagaiberikut :
1 T4η = 1 – (__________ ) = 1 – (____ )
P* (k-1)/k T1Dimana : P2 P1
P* = nisbah tekanan = _____ = _____
P3 P4
![Page 60: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/60.jpg)
Proses 1-4 adalah isentropik:
Proses 2-3 adalah isentropik:
dan
![Page 61: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/61.jpg)
Contoh soalUdara masuk ke kompresor system
turbin gas pada tekanan 0,7 kgf/cm2 dantemperatur -7oC dan keluar dari kompresorpada tekanan 2,7 kgf/cm2. Efisiensikompresor adalah 83 %, tentukan•kerja kompresor per kg udara pada kondisireversibel
•kerja actual kompresor per kg udara•kerja actual kompresor per kg pada kondisiirreversible
![Page 62: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/62.jpg)
Jawab :Kerja reversible
V42 – V1
2 g- w = (h4 – h1) + ____________ + ____ (Z4 – Z1) – To (s4 – s1)
2 gc gcDengan mengabaikan energi kinetik dan energi
potensial, maka persamaan menjadi :
- w = (h4 – h1) – To(s4 – s1)
Untuk proses adiabatik reversible dari tekanan 0,7 kgf/cm2,-7oC (kondisi 4) menjadi tekanan 2,7 kgf/cm2 (kondisi 1s)
T1s P1s________ = [_____](k - 1)/k
T4 P42,7
T1s = (273 – 7)[ _____ ](1,4 – 1)/1,4 = 391 K0,7
![Page 63: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/63.jpg)
Pada kondisi 2:h1s – h4
Efisiensi = 0,83 = ___________
h1 – h4Cp (T1s – T4) 1,00726 (T1s –
T4) = ______________ = ______________________
Cv (T1 – T4) 0,1719 (T1 –T4)
T1s – T4T1 = ___________ (1,4018) + T4
0.83391 – 266
= ____________ (1,4018) + 2660,83
= 477 K
![Page 64: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/64.jpg)
Kerja reversibel :-w = Cp (T4 – T1) – To (s4 – s1)
T1 P1=1,00726(266 – 477) – (273 + 27)[ - Cp ln (____) + R ln (____)
T4 P4477
2,7=[1,00726(-211)] – {300[- 1,00726 ln (______ ) + 0,0848 ln
(____) ]}266
0,7= - 70,392 kJ/kg
a. Kerja kompresor minimum = kerja reversible untuk kompresor = - 70,392 kJ/kg
b. Kerja actual kompresor :
![Page 65: Termodinamika adalah salah satu ilmu yang - POLBAN](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070300/615703bca097e25c76501c3d/html5/thumbnails/65.jpg)
V2 gQ – wx = ∆ (h + ______ + ____ Z )
2 gc gcAssumsi proses adiabatik :
- wx = ∆h= Cp (T1 – T4)= 1,00726(477 – 266) =
212,53kJ/kgKerja kompresor pada proses iireversibel per
kg udara :
wreversibel – waktual = - 70,392 - (- 212,53) =
282,92 kJ