Termodinamika I

INTRODUCTIONSatworo Adiwidodo, ST., M.T.

Thermodinamika I

Kepustakaan :- Moran, Michael J., Fundamentals of Engineering Thermodynamics, Fifth

Edition, John Wiley & Sons, New York, 2005

- Turn, Fundamental of Combustion, Mc Graw Hill Book Co, New York

Evaluasi :

- Keaktifan : 10 %

- Tugas : 20%

- Quis : 30%

- UAS : 40%

PANDANGAN UMUM TENTANG THERMODINAMIKA

Thermodinamika adalah ilmu yang membahas hubungan antara panas dengan kerja. Hubungan ini didasarkan pada dua hukum-hukum dasar thermodinamika, yaitu HUKUM THERMODINAMIKA PERTAMA dan HUKUM THERMODINAMIKA KEDUA.

SISTEM THERMODINAMIKA

Pada pelajaran (pengetahuan) thermodinamika, benda kerja yang dimaksudkan sering disebut dengan sistem. Hal ini dimaksudkan untuk memisahkan benda kerja dengan sekelilingnya (sekitarnya).

SISTEM THERMODINAMIKA

Adapun definisi dari sistem adalah :suatu batasan yang dipakai untuk menunjukan suatu benda (benda kerja) dalam suatu permukaan tertutup.

Misalnya :*) Udara dikompresi di dalam silinder. Dalam hal ini sistem adalah udara yang

dikompresikan dan permukaan tertutup adalah permukaan yang dibatasi silinder

SISTEM THERMODINAMIKA

Jenis SISTEM

Sistem1. Closed system (massa atur)2. Open system (volume atur)

Aplikasi Termodinamika Teknik

1. Motor bakar untuk transportasi, misalnya: darat (kendaraan bermotor), laut (kapal laut), udara (pesawat terbang).

2. Gas turbine (Turbin gas) untuk transportasi dan pembangkit listrik tenaga gas (PLTG)

3. Kompresor untuk memampatkan udara.

4. Pompa untuk mentransportasikan zat cair.

5. Sistem pembakaran bahan bakar (external combustion engines), misalnya: ketel uap,

6. Penyegar udara (Air conditioning)

7. Sistem energi alternatif:

a. Bahan bakar sel

b. Pembangkit tenaga matahari

c. Sistem panas bumi

d. Energi air laut, gelombang laut, dan tidal sistem

e. Sitem energi angin.

KOORDINAT SISTEM (STATE), KEADAAN SISTEM (PROPERTY) DAN PROSES

Pada thermodinamika, volume V, temperatur T, tekanan P, kerapatan ρ dan lain-lain disebut sebagai koordinat sistem. Keadaan sistem tergantung pada koordinat sistem, bila koordinat sistem berubah maka keadaan sistem akan berubah. Sehingga koordinat sistem sering disebut sebagai perubah (variabel) keadaan sistem/zat. Dimana perubahan keadaan sistem dari suatu keadaan ke keadaan lain (PROSES) dapat digambarkan pada diagram V, T, P.

Dalam thermodinamika, besaran sistem dapat dibagi menjadi dua besaran thermodinamika yaitu : besaran Extensive dan besaran Intensive. Besaran extensive dipengaruhi oleh massa atau mole sistem, sedangkan besaran intensive tidak dipengaruhi oleh massa atau mole sistem sistem.

Contoh :Besaran extensive : Volume, Kapasitas Panas, Kerja (energi), entropy dll.Besaran intensive : Tekanan, Temperatur, kerapatan dll.

KOORDINAT SISTEM (STATE), KEADAAN SISTEM (PROPERTY) DAN PROSES

Dari besaran-besaran extensive akan diperoleh harga-harga jenis (specific Value) dan harga-harga molar (molal specific value) dari suatu sistem, seperti berikut :

*) Harga Jenis (specific value) adalah perbandingan antara besaran extensive dengan massa sistem/zat.

sistemmassa

extensiveBesaranJenisaH arg

KOORDINAT SISTEM (STATE), KEADAAN SISTEM (PROPERTY) DAN PROSES

Contoh :Volume jenis dari sistem:

lb

ft

kg

m

m

Vv

33

;

V = Volume

sebenarnya (m3 ; ft3)M = massa sistem

(kg ; lb)

KOORDINAT SISTEM (STATE), KEADAAN SISTEM (PROPERTY) DAN PROSES

**) Harga jenis molar adalah perbandingan antara besaran extensive dengan jumlah mole dari suatu sistem/zat.

sistemmolejumlah

extensivebesaranmolarJenisaH arg

molelb

ft

molekg

m

n

Vv

33

;*

molelb

lb

molekg

kgsistemmolekulberatM

M

mn ;;

Contoh :Volume Jenis Molar :

Dimana :

KOORDINAT SISTEM (STATE), KEADAAN SISTEM (PROPERTY) DAN PROSES

Mm

Vv

/*

m

VMv

.*

vMv .*

Maka :

KOORDINAT SISTEM (STATE), KEADAAN SISTEM (PROPERTY) DAN PROSES

33;

1

ft

lb

m

kg

vV

m

M

v *

Untuk kerapatan suatu sistem/zat dapat dibuat hubungan sebagai berikut :

Sehingga didapat :

KOORDINAT SISTEM (STATE), KEADAAN SISTEM (PROPERTY) DAN PROSES

TEKANAN (PRESSURE)

Bila permukaan suatu zat (padat, cair dan gas) menerima gaya-gaya luar maka bagian permukaan zat yang menerima gaya tegak lurus akan mengalami tekanan (tertekan).

Gaya tegak lurus pada permukaan tersebut dibagi luas permukaannya disebut Tekanan. Dengan rumus dapat ditulis :

22;ft

lb

m

kg

A

FP

lbkgpermukaanlurustegakgayaF ; 22 ; ftmFgayamenerimayangpermukaanluasA

Dimana :

Dalam thermodinamika, tekanan p umumnya dinyatakan dalam harga absolut (tekanan absolut/mutlak), maka dalam diktat ini simbol p menyatakan tekanan absolut dari sistem/zat

Tekanan absolut tergantung pada tekanan pengukuran sistem, jadi:

1. Bila tekanan pengukuran (pressure gauge) sistem diatas tekanan atmosfir, maka :

Tekanan absolut = Tekanan pengukuran + Tekanan Atmosfir

Atau :

Pabs = P gauge + P atm

2. Bila tekanan pengukuran (pressure gauge) sistem di bawah tekanan atmosfir maka :

Tekanan absolut = Tekanan atmosfir – Tekanan pengukuran

Atau :

Pabs = Patm – Pgauge

Dalam satuan British, tekanan absolut dan tekanan pengukuran masing-masing dinyatakan dalam psia (pound persquare inch absolut) dan psig (pound persquare inch gauge).

1 standard atmosfir = 1,01324 x 105 N/m2

= 14,7 lb/in2

= 10332 kg/m2

TEMPERATUR

HUBUNGAN ANTARA SKALA KELVIN, CELCIUS, RANKINE DAN FAHRENHEIT

Skala temperatur mutlak ada dua macam yakni :Dalam satuan internasional

Tabs = 273 + T 0C (0K)

Dalam satuan British

Tabs = 460 + T 0F (0R)

Dimana :

T 0F = 9/5(T 0C) + 32

T 0C = 5/9(T 0F - 32)

Hubungan antara skala temperatur kelvin, celcius, rankine dan fahrenheit

0F0R 0K 0C

Ttk. didih

Ttk beku

Nol absolut

373672 212 100

0 - 460

492 32 273

0

0

- 273

Problem

1. Referring to Figs. 2.1 and 2.2, identify locations on the boundary of each system where there are interactions with the surroundings.

Figs. 2.1

Figs. 2.2

2. As illustrated in Fig. P2.3, water circulates between a storage tank and a solar collector. Heated water from the tank is used for domestic purposes. Considering the solar collector as a system, identify locations on the system boundary where the system interacts with its surroundings and describe events that occur within the system. Repeat for an enlarged system that includes the storage tank and the interconnecting piping.

Fig. P2.3

3. A spherical balloon has a diameter of 10 ft. The average specific volume of the air inside is 15.1 ft3/lb. Determine the weight of the air, in lbf, at a location where g 31.0 ft/s2

Thank U............