07/09/2011

1

Chemical Engineering ThermodynamicsChemical Engineering ThermodynamicsPrepared byPrepared by:: Dr.Dr. NNINIEKINIEK FajarFajar PuspitaPuspita, M.Eng August,, M.Eng August, 20201111

Basic Concepts of Thermodynamics

1

Lesson 1Lesson 1

2

Topik Descriptions

Lesson 1ALesson 1AApplications ofThermodynamics

Mempertimbangkan segala hal tentang termodinamika, difinisi, sejarahdan perkembangan.Mempelajari konsep energi.Mendiskusikan 3 tipe energi: potensial, kinetik dan internal.

Lesson 1BLesson 1BDimensions andSystems of Units

Mempertimbangkan dinemsi dasar dan turunannya, juga satuan SI danBritish, dan bagaimana menemukan dan menggunakan tabel konversisatuan.

Lesson 1CLesson 1CSystems, States andProperties

Mempelajari istilah sistem, keadaan dan sifat-sifat secara mendalam.

Lesson 1DLesson 1DProcesses, Cycles &Equilibrium

Mempelajari 3 konsep kunci termodinamika, dan definisi proses.Mempelajari tipe proses sangat spesial yang disebut siklus.Menyimpulkan dengan meninjau konsep equilibrium /kesetimbangan.

Lesson 1ELesson 1ETemperature,Pressure & Volume

Mempertimbangkan 3 sifatpaling pentingdi termodinamika: P, Volume, T.Mendiskusikan sifat alami dari prinsip operasi P_mengukur dan alatpengukuran T.

07/09/2011

2

Lesson 1ALesson 1A

3

Difinition:Difinition:Thermo + DynamicsThermo + Dynamics

The study of the flow and conversion of energyThe study of the flow and conversion of energy

Kata thermodynamics diusulkan oleh William Thompson (Lord Kelvin)pada tahun 1749. Nama ‘heat-power’ karena thermodynamics dapatmenjelaskan konversi panas/panas/heatheat menjadi tenaga/tenaga/powerpower oleh mesin

uap/steam engines.Ref.1

Timeline of the Early Developments ofTimeline of the Early Developments ofThermodynamicsThermodynamics

4

Tahun 1698, ThomasThomas SaverySavery menemukan mesin tenaga uap/steam engine, yang

berfungsi mengkonversikan panas menjadi tenaga mekanik.

Tahun 1712, ThomasThomas NewcomenNewcomen membangun improved steam engine, tetapi

harganya sangat mahal dan tidak layak.

Tahun 1765, James WattJames Watt menemukan steam engine pertama kali yang layak dan tidak

mahal, dan memiliki 6 kali lebih efisiens dari pada mesin yang ditemukanNewcomen. Mesin tenaga uap James Watt mempercepat revolusi industri.

Tahun 1824, CarnotCarnot memperkenalkan analisa siklus gas ideal (ideal gas cycle analysis),

yang disebut “Reflection on the Motive Power of Fire”.

Ref.1

07/09/2011

3

Timeline of the Early Developments of ThermodynamicsTimeline of the Early Developments of Thermodynamics

5

Tahun 1840an Mayer, JouleMayer, Joule ddan Helmholtzan Helmholtz mengembangkan ide bahwa energi tdak bisa diciptakan dan dimusnahkan,

dimana ide ini disebut dengan Hukum Kekekalan Energi atau konservasienergi.

Prinsip ini dikenal dengan Hk. Pertama termodinamika ((1st Law of Thermodynamics1st Law of Thermodynamics__FLT).FLT).

“Energy can neither be created nordestroyed;it can only change form.”(Energi tidak dapat diciptakan dan juga tidak dapat

dimusnahkan; energi hanya dapat berubah bentuk)

“Energy can neither be created nordestroyed;it can only change form.”(Energi tidak dapat diciptakan dan juga tidak dapat

dimusnahkan; energi hanya dapat berubah bentuk)

Ref.1

Timeline of the Early Developments of ThermodynamicsTimeline of the Early Developments of Thermodynamics

6

Tahun 1850, RudolfRudolf ClausiusClausius menyatakan bahwa tidak ada siklus yang dapat mentransfer panas dari

bidang temperatur rendah ke tinggi dengan tanpa interaksi lain dengansekelilingnya.

Prinsip ini dikenal dengan Hk Kedua termodinamika ((2nd Law of Thermodynamics2nd Law of Thermodynamics __SLT).SLT).

Energy has quality and is only spontaneously transferred in aspecific direction. (Energi mempunyai kualitas dan hanya ditransfer secaraspontan didalam arah yang spesifik).

Energy has quality and is only spontaneously transferred in aspecific direction. (Energi mempunyai kualitas dan hanya ditransfer secaraspontan didalam arah yang spesifik).

Energy in the form of heat only flows spontaneously from regionsof higher temperature to regions of lower temperature. (Energidalam bentuk panas hanya mengalir secara spontan dari daerah yangtemperatur lebih tinggi ke daerah temperatur lebih rendah.)

Energy in the form of heat only flows spontaneously from regionsof higher temperature to regions of lower temperature. (Energidalam bentuk panas hanya mengalir secara spontan dari daerah yangtemperatur lebih tinggi ke daerah temperatur lebih rendah.)

Ref.1

07/09/2011

4

Topics in Modern ThermodynamicsTopics in Modern Thermodynamics

7

Classical ThermodynamicsClassical ThermodynamicsMempunyai ciri laku kelompokmolekul besar berdasarkan padasifat-sifat kelompok molekulseluruhnya, seperti temperatur dantekanan.

Statistical ThermodynamicsStatistical ThermodynamicsMempunyai ciri laku kelompokmolekul berdasarkan pada sifat-sifatmasing-masing molekul tunggal dancara dimana molekul berinteraksi.

Pure Component ThermodynamicsPure Component ThermodynamicsMempunyai ciri laku Csistem yangberisi satu komponen murni.

Solution ThermodynamicsSolution ThermodynamicsMempunyai ciri laku sistem yangberisi lebih dari satu spesies kimiadidalam suatu campuran.

Phase Equilibrium ThermodynamicsPhase Equilibrium ThermodynamicsMempunyai ciri laku fase bermacam-macam yang ada dalam kesetimbangan satu samalain.

Chemical Reaction Equilibrium ThermodynamicsChemical Reaction Equilibrium ThermodynamicsMempunyai ciri laku sistem dimana reaktan dan produk dari satu atau lebih reaksi-reaksi kimia yang dapat balik (reversible) ada pada keadaan kesetimbangan(equilibrium).

Ref.1

EnergyEnergy

8

Energy is the capacity to do work and it can be storedand transferred (energi merupakan capasitas untuk melakukankerja dan energi dapat disimpan dan dipindahkan)

There are many forms of energy: thermal, mechanical, kinetic, potential,electrical, magnetic, chemical, nuclear and others. (Ada banyak bentuk energi: panas,mekanik, kinetik, potensial, elektrik, magnetik, kimia, nuklir dll)

Three general forms of EnergyThree general forms of Energy

Potential Energy,Potential Energy, EPEP(External Energy)(External Energy)

Energy associated with the position of the systemwithin a potential field. (energi yg dihubungkan dengan posisisistem didalam bidang potensial)

Kinetic Energy,Kinetic Energy, EKEK(External Energy)(External Energy)

Energy associated with the net linear or angularvelocity of the system. (energi yg dihubungkan dengan kecepatanlinier and angular dari sistem)

Internal Energy,Internal Energy, UU Energy associated with the structure and motion ofmolecules within the system. (energi yg dihubungkan denganstruktur dan gerakan molekul didalam sistem)

Ref.1

07/09/2011

5

Potential Energy, EPPotential Energy, EP(External Energy)(External Energy)

9

EP yaitu: Energi yang terkait dengan posisi sistem didalam bidang potensial.

Energi potensial gravitasional dan energi potensial elektromaknetik.

Energi potensial dari suatu objek dapat ditentukan dengan persamaanberikut:

dimana: m = massa objekg = kecepatan rata-rata dari gravitasi pada permukaan bumi:

g = 9.8066 m/s2= 32.174 ft/s2

gc = konstanta gravitasional standargc = 1 (kg-m)/(N-s2)

= 32.174 (lbm-ft)/(lbf-s2)z = ketinggian dari objek diatas bidang datar referensi

Ref.1

Kinetic Energy, EKKinetic Energy, EK(External Energy)(External Energy)

10

EK yaitu:

Energi yang terkait dengan kecepatan linier atau angular dari sistem.

Energi kinetik translational dari suatu objek dapat ditentukan denganpersamaan berikut:

dimana:m = massa objekv = kecepatan objek

Ref.1

07/09/2011

6

Internal Energy, UInternal Energy, U

11

U yaitu:

Energi yang terkait dengan struktur dan gerakan molekul didalamsistem.

Ref.1

Lesson Summary_Ringkasan Lesson 1ALesson Summary_Ringkasan Lesson 1A

12

Chapter 1, Lesson A - Energy

Secara ringkas mempertimbangkan sejarah studi termodinamika.

Memperlajari bahwa termodinamika merupakan studi hubungan diantarabentuk-bentuk energi yang berbeda, terutama panas dan tenaga mekanik.

Mempresentasikan HK.I Termo_First Law of Thermodynamics _FLT (dikenalsebagai konservasi dari prinsip energi) dan HK.II Termo_ the Second Law ofThermodynamics_SLT.

First Law of Thermodynamic_FLT

Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, ini hanya berubah bentuk.

Second Law of Thermodynamics_SLT

Energi mempunyai kualitas dan kuantitas, yang hanya ditransfer secara spontandan ini terjadi pada proses-proses aktual pada arah yang spesifik, yaitu padapenurunan kualitas energi.

Mempertimbangkan 3 bentuk energi yang lazim dan sangat penting: Potential EnergyPotential Energy

Kinetic EnergyKinetic Energy

Internal EnergyInternal EnergyRef.1

07/09/2011

7

Lesson 1BLesson 1B

13

Tipe dimensi Penjelasan

1. Dimensi dasar1. Dimensi dasar(FundamentalDimensions)

Masa, Panjang, Waktu, Temperature, dan Moles.Dimensi dasar dapat diukur secara langsung ataudidefinisikan secara independent.Seluruh dimensi lain dapat dicapai dari dimensidasar.

2. Dimensi turunan2. Dimensi turunan(derived Dimensions)

Dapat dihitung atau diturunkan denganmengalikan atau membagi dimensi-dimensi dasar.Contoh: luas, kecepatan, densitas dan volume.

Mass – dimensi dasar.

Densitas – dimensi turunan yang dibuat darikombinasi dimensi dasar masa dibagi panjang -3.

What are Dimensions ?What are Dimensions ?

Ref.1

Satuan (Unit)Satuan (Unit)

14

Satuan Penjelasan

What are Units and WhyWhat are Units and WhyAre They Important?Are They Important?

Hasil numerik tanpa satuan-satuan (units), tidakdapat diterima jika tidak hasilnya bilangan tidakberdimensi (dimensionless).Satuan dapat memandu menyelesaikan persoalanatau membantu menentukan jika penyelesaiannyabenar.Jika satuan tidak benar, penyelesaiannya salah.

Common units for mass:Common units for mass: grams (g) atau pounds mass (lbm)

Common units for density:Common units for density: grams per cubic centimeter (g/cm3) or pounds massper cubic foot (lbm/ft3)

Webside for unit conversions http://www.footrule.comhttp://www.footrule.com

Ref.1

07/09/2011

8

15

For example, let's convert a density of 1 g/cm3 to units of lbm/ft3.

Unit Conversion Table

FundamentalDimension

SI_Systems InternationalUnits

English units

Length meter (m) foot (ft)

Mass kilogram (kg) pound-mass (lbm)

Moles gram-mole (g-mol) pound-mole (lb-mol)

Temperature Kelvin (oK) Rankine (oR)

Time second (s) second (s)

Ref.1

16

Table 1 .I Prefixes for SI Units

Ref.2

07/09/2011

9

17

Tipe Operator Penjelasan

Pada persamaan apapun, dimensi-dimensi dansatuan-satuan dari variabel dapat mengatakanbahwa operasi dapat dilakukan.

Perkalian/PembagianPerkalian/Pembagian(Multiplication / Division )

Selalu mungkin dengan dimensi apapun, danmemerlukan konversi satuan.

Penambahan/PenguranganPenambahan/Pengurangan(Addition / Subtraction)

Hanya diijinkan saat kedua kuantitasmempunyai dimensi yang sama, dankemungkinan memerlukan konversi satuanhampir jika dimensinya sama.

For example, let's consider determining the total volume in m3:

Ref.1

Dimensional HomogeneityDimensional Homogeneity

18

Setiap istilah yang ditambahkan/dikurangi harus mempunyai dimensi sama.

Istilah yang sama satu dengan yang lain harus juga mempunyai dimensi sama.

Persamaan-persamaan yang jika ditambahkan /dikurangi /dikalikan /dibagiadalah benar, maka dikatakan dimensionally homogeneous.

Seluruh persamaan yang valid harus menjadi dimensionally homogeneous,tetapi tidak seluruh persamaan dimensionally homogeneous adalah valid.

For example, let's consider the defining equation for kinetic energy:

Tentukan dimensi dari energi kinetik, yang mempunyai persamaan sebagaiberikut:

Dimana, m = mempunyai dimensi mass atau [M]

v = mempunyai dimensi panjang per waktu atau [L] / [T]

gc = tidak berdimensi (dimensionless)

Menggunakan dimensional homogeneity persamaan ::Ref.1

07/09/2011

10

Lesson Summary_Ringkasan Lesson 1BLesson Summary_Ringkasan Lesson 1B

19

Chapter 1, Lesson B – Dimensions and Units

Mendifinisikan dimensi dasar sebagai sifat-sifat yang didefinisikan secara independent danditurunkan sebagai sifat yang dapat ditentukan dengan perkalian atau pembagian dimensi-dimensi dasar.

Mendiskusikan satuan-satuan (units) dan kepentingan penggunaannya pada setiap langkahpenyelesaian persoalan, dan mendemonstrasikan bagaimana menggunakan faktor konversi.

Memperkenalkan sistem satuan international (SI) dan English Units dan juga kontantastandard gravitasi (gc), dan menunjukkan bagaimana 2 sistem satuan dapat mengatasinya.

Memperkenalkan webside untuk konversi http://www.footrule.comhttp://www.footrule.com

Mendiskusikan bagaimana dimensi dan satuan dapat membantu menentukan apakah adaketidak konsisten dengan suatu persamaan.

Menunjukkan bahwa perkalian dan pembagian variabel dengan dimensi apapun adalahmungkin, tetapi setiap istilah penambahan, pengurangan dan kesamaan harus mempunyaidimensi yang sama.

Persamaan apapun yang mengikuti aturan-aturan ini tentang penambahan, pengurangandan kesamaan dinyatakan dimensionally homogeneous. Seluruh persamaan yang valid harusmenjadi dimensionally homogeneous, tetapi tidak seluruh persamaan dimensionallyhomogeneous adalah valid.

Ref.1

Lesson 1CLesson 1C

20

Elemen-elemen sistem Penjelasan

A Sistem / sistem is a quantity of mass or a volume of space thatwe have chosen to study. (kuantitas masa atau volumruang yang ditinjau)

The surroundings /lingkungan

are everything else in the universe. (apapun di alamsemesta yg berada diluar sistem yg ditinjau)

The system boundary /batasan sistem

separates the system from the surroundings.(memisahkan sistem dari lingkungannya)

Types of Systems: Closed systems & OpenClosed systems & Open systemssystems

YesYes

YesYes

OpenOpenSystemSystem

NoNo

YesYes

ClosedClosedSystemSystem

SystemSystem

Ref.1

07/09/2011

11

NoNo

YesYes

ClosedClosedSystemSystem

Closed SystemsClosed Systems

21

Closed System (Closed System (Sistem Tertutup)Sistem Tertutup)

1. Sejumlah masa tetap.

2. Tidak ada massa yang melintasibatasan sistem.

3. Fluida didalam silinder dari alatpiston-dan-silinder merupakancontoh sistem tertutup denganbatasan yang bergerak.

4. Batasan sistem ditunjukkan padadiagram dengan garis hitam yangputus-putus.

Ref.1

Closed System with Moving BoundClosed System with Moving Boundaaryry

22

Crossing Control VolumeCrossing Control Volume BoundariesBoundaries(Persimpangan Batas(Persimpangan Batas--batas volume pengendalian)batas volume pengendalian)Batas yang

bergerak

Batas yangtetap

Ref.1

07/09/2011

12

YesYes

YesYes

OpenOpenSystemSystem

Open Systems

23

Open SystemOpen System ––

Suatu area ruangan yang tetap,Suatu peralatan, dimana massa danenergi dapat melintasi batasan sistem.

Pemanas air inimerupakan contoh dari

sistem terbuka.Ref.1

What is a Property ?What is a Property ?(Apa yang disebut dengan suatu sifat ?)(Apa yang disebut dengan suatu sifat ?)

24

Properties Characteristics of a substance that do not depend on theevents that brought the substance to its current condition.

PropertiesProperties include: pressure (P), temperature (T), mass (m), volume (V), andinternal energy (U).

Variables that are NOT properties, include: mass flow rate , heattransfer (Q) and work (W).

IntensiveIntensiveProperties:Properties:

Do not depend on the size of the system. Examples include P and T.

ExtensiveExtensiveProperties:Properties:

Do depend on the size of the system. Examples include m, V and U.

MolarMolarProperties:Properties:

The ratio of any extensive property to the number of moles in thesystem. Molar properties are intensive! Examples include molar volume(Ṽ) and molar internal energy (Û).

SpecificSpecificProperties:Properties:

The ratio of any extensive property to the mass in the system.Specific properties are intensive! Examples include specific volume (Ṿ)and specific internal energy (Ụ).

Ref.1

07/09/2011

13

25

a. Pertimbangkan sebuah box yang berisi masa, yangdirepresentasikan oleh bulat-bulat warna biru dalam diagram,dibawah ini.

b. Sekarang, box tersebut dibagi menjadi dua tepat sama.• Sifat-sifat yang tetap sama yaitu sifat intensif.• Sifat-sifat yang berubah yaitu sifat ekstensif.

SetelahSetelah box disekatbox disekatDoes the pressurethe pressurechange from the oldsystem to the newone?

Does the massthe mass of thesystem change fromthe old system to thenew one?

Yes.Therefore, mass is anextensive property.

No.Therefore, pressure isan intensive property.

Ref.1

What are States ?What are States ?

26

Jika nilai dari sifat intensif apapun darimateri atau sistem berubah, makasistem tersebut berada pada kedaaanyang berbeda.Initial StateInitial State

Pada keadaan yang diberikan, seluruh sifat-sifat intensifdari sistem tetap dan dapat diukur atau dihitung.

Keadaan dari senyawa murni yang ada hanya satu fasedidalam sistem ditentukan atau ditetapkan secara unik

jika hanya diketahui 2 sifat-sifat intensif.

Kami akan mempelajari senyawa murni dan gagasan daripenetapan secara unik keadaan sistem pada bab berikut.

StateState ??–– kondisi dari suatu materi atau sistem sebagaimanakondisi dari suatu materi atau sistem sebagaimanaditentukan oleh sifat intensifnyaditentukan oleh sifat intensifnya

Ref.1

07/09/2011

14

Lesson Summary_Lesson 1CLesson Summary_Lesson 1C

27

Chapter 1, Lesson C – Systems, Properties and States Mempelajari difinisi sistem yaitu suatu kuantitas dari masa atau volum yang

dipilih untuk ditinjau, dan lingkungan yaitu apapun yg ada di alam semesta.Batasan sistem (yg direpresentasikan dlm garis terputus memisahkan sistem danlingkungannya.

Mempelajari 2 tipe sistem: closed systems (fixed mass, no mass crosses the systemboundary) and open systems (fixed volume, mass does cross the systemboundary).

Mendifinisikan sifat-sifat sebagai karakteristik sistem atau suatu zat yg tidaktergantung pada sejarah sistem/zat. Sifat yg tergantung pada ukuran sistemdisebut sifat ekstensif dan sifat yg tidak tergantung pada ukuran sistem disebutsifat intensif.

Keadaan merupakan kondisi sistem/zat yg ditentukan oleh sifatnya. Pada keadaanyg diberikan, seluruh sifat sistem tetap. Saat nilai dari perubahan sifat apapun,sistem pada keadaan berbeda.

Mempelajari kebutuhan untuk menspesifikasi 2 sifat intensif yg tidak tergantunguntuk menetapkan keadaan zat murni yg ada dalam fase tunggal..

Ref.1

What is a Process ?What is a Process ?

28

In the previous lesson, we defined a state as the condition ofa substance or system that is determined by its properties.(keadaan merupakan kondisi zat/sistem yg ditentukan oleh sifat-sifatnya)

We also learned that when the value of a property of the systemchanges, the system is in a different state. This is called a process.(kapan nilai dari sifat perubahan-perubahan sistem, sistem ada dalam keadaan berbeda.Hal ini disebut proses)Proses – urutan prosedur-prosedur yg tidak tergantung dan terkait yangmengkonversikan input menjadi output.

Ref.1

07/09/2011

15

What is a Process Path ?What is a Process Path ?

29

A process pathA process path__alur prosesalur proses yaitu sederet keadaan, dimana sistemmelewati dan bergerak dari keadaan awal ke keadaan akhir.

InitialState

FinalState

Compressed ProcessCompressed Process PP--VV DiagramDiagram

Ref.1

Special Types of ProcessesSpecial Types of Processes

30

Disini kami pempelajari suatu proses, dimana satu sifat tetap konstansepanjang berlangsungnya suatu proses dari keadaan awal hinggakeadaan akhir.

Ada 3 tipe proses yaitu: IsothermalIsothermal -- constant temperatureconstant temperature IsobaricIsobaric -- constant pressureconstant pressure IsochoricIsochoric -- constant volumeconstant volume

InitialInitialStateState

FinalFinalStateState

Ref.1

07/09/2011

16

What is a Thermodynamic Cycle ?What is a Thermodynamic Cycle ?

31

A cycle_siklus yaitu tipe proses yang sangatkhusus, dimana keadaan awal dan keadaanakhirnya sama.

Siatu sistem menyempurnakan siklus termodinamis saat sistemtersebut mengalami dua atau lebih proses-proses dan sistem kembali

ke keadaan semula.

Siklus termodinamis merupakan topik sentral yang akan didiskusikan / dipelajari olehmahasiswa Teknik Kimia pada mata kuliah ini.

Initial StateInitial State

Final StateFinal State

Ref.1

What is Equilibrium ?What is Equilibrium ?

32

EquilibriumEquilibrium

A system is in equilibrium when no unbalanced potentials or drivingforces exist within the system boundary. (Suatu sistem ada dalam kesetimbangansaat tidak ada potensi yang tidak imbang atau daya dorong ada dalam batasan sistem)

The state of an isolated system at equilibrium cannot change. (Keadaansistem terisolasi pada kesetimbangan yang tidak dapat berubah)

Equilibrium requires that all four of the different types of equilibria existwithin the system simultaneously. (kesetimbangan memerlukan bahwa seluruh 4tipe kesetimbangan yang berbeda ada didalam sistem secara simultan)

Ref.1

07/09/2011

17

FourFour types oftypes of equilibriaequilibria

33

Tipe kesetimbangan Penjelasan

1. Thermal EquilibriumThermal EquilibriumNo temperature driving force (daya dorongtemperatur ) exists within the system

Temperatur seluruh sistem sama(uniform), sehingga tidak terjaditransfer panas.

2. Chemical EquilibriumChemical EquilibriumNo chemical driving force exists (daya dorongkimia) within the system

Kecepatan reaksi pembentukan tepatsama dengan kecepatan sebaliknya

3. Phase EquilibriumPhase EquilibriumNo mass transfer driving force (daya dorongperpindahan masa) exists within the system.

Reaksi dimana molekul-molekulbergerak di setiap fase tepat samadengan molekul yang bergerak ke luarfase itu.

4. Mechanical EquilibriumMechanical EquilibriumNo unbalanced forces exist within thesystem. Tidak ada gaya yang tidak seimbang adadidalam sistem

Ref.1

What is QuasiWhat is Quasi--Equilibrium ?Equilibrium ?

34

No systemNo system can be in complete equilibrium as it undergoes a real process.

However, some processes are almost in perfect equilibrium throughoutthe process.

QuasiQuasi--Equilibrium ProcessEquilibrium Process

A process during which the system only deviates from equilibrium byan infinitessimal amount.

One example of a quasi-equilibrium process is a piston and cylinderdevice in which the contents are compressed very slowly.

As the piston compresses the gas inside the cylinder, the pressureinside the gas remains very nearly uniform at all times during theprocess. So, the system never deviates significantly from mechanicalequilibrium.

Ref.1

07/09/2011

18

35

Quasi-Equilibrium,Work-Producing Devices

Quasi-Equilibrium, Work-Producing DevicesDeliver the Most Work

Ref.1

Lesson Summary_Lesson 1DLesson Summary_Lesson 1D

36

Chapter 1, Lesson D – Process, Equilibrium and Properties Mendifinisikan proses sebagai perubahan keadaan dalam keadaan sistem.

Suatu process path merupakan rangkaian keadaan bahwa sistem melewatinyasebagaimana hal itu bergerak dari keadaan awal ke keadaan akhir.

Mendiskusikan tipe proses dimana satu sifat tetap konstan: isobaric processes(constant pressure), isothermal processes (constant temperature), andisochoric processes (constant volume).

Mendifinisikan siklus, yaitu suatu proses dimana keadaan awal dan akhir nyasama. Studi siklus termodinamik adalah bagian terbanyak dari matakuliah ini.

Mendiskusikan konsep kesetimbangan. Mempelajari sistem yang dipertimbangkan menjadi kesetimbangan saat tidak

ada potensial yang tidak imbang. Mempelajari tipe kesetimbangan yang berbeda termasuk thermal equilibrium,

chemical equilibrium, phase equilibrium and mechanical equilibrium. Mendiskusikan proses quasi-equilibrium, yaitu beberapa proses yg bergerak

lambat menyimpang secara tidak terbatas dari kesetimbangan.

Ref.1

07/09/2011

19

VolumeVolume

37

Tekanan, volume, dan temperature yaitu 3 sifat paling penting dalamtermodinamika klasik karena mereka merupakan sifat yang mudahdiukur

VolumeVolume Ruang yang ditempati sistem.Suatu sifat extensif yang penting dari sistem. SI = m3,British = ft3

Sifat yangberhubungan:

Molar VolumeMolar Volume Volume sistem per satuan mol molekul didalam sistem .(Intensive)

Specific VolumeSpecific Volume Volume sistem per satuan masa molekul didalam sistem .(Intensive)

DensityDensity Masa per satuan volume dari sistem.

Ref.1

What is Pressure ?What is Pressure ?

38

Pressure

Gaya per satuan luas yang dikerjakan oleh fluida(gas/cairan) pada permukaan padatan.Gaya tekan bertindak didalam seluruh arah karenapenjumlahan dari seluruh tubrukan dari molekul-molekulfluida dengan permukaan padatan.Gaya tekan selalu bekerja pada permukaan dengan arahtegak lurus permukaan.

SI Units:SI Units: Pascal (Pa)1 Pa = 1 N/m21 atm = 101.325 kPa1 kPa = 1000 Pa1 bar = 100 kPa

British Units:British Units: lbf /in2 (psia or psig)1 psi = 6.895 kPa1 atm = 14.696 psia

Ref.1

07/09/2011

20

Types of Pressure: DefinitionsTypes of Pressure: Definitions

39

Jenis Tekanan Penjelasan

PressurePressure Gaya per satuan luas yang dikerjakan oleh fluida(gas/cairan) pada permukaan padatan.

AbsoluteAbsolutePressure,Pressure, PPabsabs

Tekanan yang diukur relatif pada vakum absolut(absolute zero pressure).

Gage Pressure,Gage Pressure, PPgagegage Tekanan lebih besar dari atmosferik yang diukur relatifdengan tekanan atmosfir. Tekanan Gage merupakanperbedaan antara tekanan absolut dan tekanan atmosfir:PPgagegage == PPabsabs -- PPatmatm

Vacuum Pressure,Vacuum Pressure,PPvacvac

Tekanan vakum yaitu kurang dari tekanan atmosferisyang diukur relatif terhadap tekanan atmosferis. Tekananvakum = tekanan atmosferis – tekanan absolut: PPvacvac ==PPatmatm -- PPabsabs

40

Gage PressureGage Pressure

AbsoluteAbsolutePressurePressure

Vacuum PressureVacuum Pressure

07/09/2011

21

Alat Ukur Tekanan

41

Barometer Untuk mengukur tekanan didasar tangki yang berisi fluida pada ketinggian

tertentu (h), dimana tekanan didasar tangki lebih besar dari tekanan dipermukaan.

Manometer Alat ukur yang paling sederhana untuk menetapkan perbedaan tekanan

yang sedang

Differential Manometer Untuk mengukur perbedaan tekanan diantara dua titik

Ref.1

42 Ref.1

07/09/2011

22

Tipe Alat Ukur Tekanan

43

Bourdon Tube Pressure Gauge (C-type)Pressure Transducers

Pressure Gauge = 0

Pressure Gauge = 8.5

PressureGauge = 0

Ref.1

44

Dead-weight gauge

Ref.2

07/09/2011

23

45 Ref.2

46 Ref.2

07/09/2011

24

The ConceptThe Conceptss of Temperatureof Temperature

47

We think of temperature as the numerical measurement of "hotness"or "coldness".

ZerothZeroth Law ofLaw ofThermodynamicsThermodynamics

states that if two objects are in thermal equilibrium with a thirdobject then they are equilibrium with each other. This law mayseem obvious but it very important because it allows thetemperature of an object to be determined by calibrating it withan object of known temperature.

ThermometersThermometers are common temperature measuring devices that are based onthe zeroth law of thermodynamics.

ThermocouplesThermocouples are electrical devices in which two different metals are bonded.A small electrical potential, called a junction potential, is createdby the junction between the two metals. The junction potentialincreases with increasing temperature.

Both thermometers and thermocouples must be calibrated usingsubstances at known temperatures, like the normal boiling pointand melting point of water.

Ref.1

48

ThermometersThermometersThermocouplesThermocouples

Ref.1

07/09/2011

25

49

Without realizing its significance, Galileo (ca 1630) developed a crudethermometer .

Fahrenheit (1715); measured temperature by expansion of a fluid(mercury).

Celsius (1742) defined 0oC as the melting point of ice; 100oC as theboiling point of water; with a scale in between linear with expansion offluid – why?

Lavoisier (1780) realized that matter is composed of discrete atoms andmolecules.

Dalton (1808), temperature interpreted as a measure of particle speed(gas) or vibration (solid).

Ref. 1

Relation among temperature scalesRelation among temperature scales

50

Kelvin FahrenheitCelsius Rankine

Ref.2

07/09/2011

26

Absolute Zero TemperatureAbsolute Zero Temperature

51

•Kelvin (ca 1885) introduced the notion of the absolute zero temperature, where all atomic motion stops:

T(K) = T(oC ) + T0; absolute zero is 0 K or -T0oC

. How to determine T0 ?

Boilingwater

X

SolidCO2

x

--273=T273=T00

Icex

T,oC

pgas0

0

Absolute zero = - 273 oC

Gas TermometerGas Termometer

52Heater

Relief valve

~ 1.6 m

FlaskVol = VF

Oil

ColumnArea = AC

Reservoir

Tubing, vol = Vt

n1

07/09/2011

27

Lesson Summary_Lesson 1ELesson Summary_Lesson 1E

53

Chapter 1, Lesson E – Volume, Pressure and Temperature Mendifinisikan proses sebagai perubahan keadaan sistem. Proses path yaitu

rangkaian keadaan sistem yang bergerak dari keadaan awal ke keadaan akhir. Mendiskusikan tipe proses dimana satu sifat tetap konstan: a.l. isobaric

processes (constant pressure), isothermal processes (constant temperature), andisochoric processes (constant volume).

Mendifinisikan siklus, yaitu suatu proses dimana keadaan awal dan akhir nyamencapai titik yang sama.

Mendiskusikan konsep kesetimbangan dan sistem yang dipertimbangkanmenjadi kesetimbangan saat tidak ada potensial yang tidak imbang.

Mempelajari tipe kesetimbangan yang berbeda termasuk thermal equilibrium,chemical equilibrium, phase equilibrium and mechanical equilibrium.

Mendiskusikan proses quasi-equilibrium, yaitu beberapa proses yg bergeraklambat menyimpang secara tidak terbatas dari kesetimbangan.

Mempelajari tekanan, alat ukur tekanan dan konsep temperature sebagaiukuran numerik dari panas dan dingin, serta hubungan diantara skalatemperatur, dan absolute zero temperature.

Ref.1

References

54

1. http://www.learnthermo.com/T1-tutorial/ch01/intro.php

2. J. M. Smith, H.V. Van Ness and M. M. Abbott, “Introduction tochemical engineering thermodynamics”, 6th ed., The McGraw-HillCompanies, Inc., New York , 2001.