RANGKUMANTERMODINAMIKA 1

Disusun Oleh : Nama: Arnold Thamrin Halomoan NIM: I0410009

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS SEBELAS MARETSURAKARTAJUNI 2011BAB I KONSEP DASAR, TEKANAN, TEMPERATUR

PENDAHULUANTermodinamika mempelajari energi dan perubahannya. ENERGI : Kemampuan untuk melakukan kerja atau perubahan. Hk. I. Thermodinamika : kekekalan energi Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya dapat berubah bentuk Hk. II. Thermodinamika : arah proses Suatu proses hanya berlangsung pada arah tertentu.

DIMENSI DAN SATUAN Dimensi : kuantitas fisik ,contoh : panjang, kecepatan, percepatan, waktu, suhu, usaha, massa, dll. Satuan : besarnya dimensi

Dimensi International system (SI) British System Konversi

massa (m ) kg lbm 1 lbm = 0,454 kg

panjang (L) m ft 1 ft = 0,3048 m

waktu (t) s s

gaya N lbf 1N=1kg m /s2 1lbf =32,174 lbm ft/s2

kerja J Btu 1 J = 1 Nm 1 Btu = 1,055 kJ

NOTE : Dalam menjumlah/mengurangkan dimensi harus sama.

TEKANAN Jenis-jenis proses: Isobaric: tekanan (P) konstan Isochoric: volume jenis konstan Isothermal: temperature (T) konstan Adiabatic: kalor (Q) konstanNOTE : sistem menjalani suatu siklus bla kembali ke keadan semulaSatuan tekanan: 1 Pa = 1 N/m2 1 Psi = 1 lbf/in2 1 bar = 105 Pa 1 atm = 14,696 psi 1 atm = 101325 Pa Cara menyatakan tekanan: Tekanan absolut (Pabs) Tekanan terukur/relatif Tekanan pengukuran (Pgage) : untuk tekanan di atas tekanan atmosfir. Pgage = Pabs - Patm Tekanan vakum (Pvac) : untuk tekanan di bawah tekanan atmosfir. Pvac = Patm - Pabs

Skala tekananNol absolut Tekanan di bawah tekanan atmosfirTekanan atmosfirTekanan di atas tekanan atmosfirPvacPabsPatmPgagePabs

Manometer Digunakan untuk mengukur selisih tekanan.

Tekanan di setiap titik dalam tangki adalah sama. P1 = Patm + WW = m . g = A h . gsehingga P1 = Patm + g hDimana: W= berat dari kolom fluida = densitas fluida g= percepatan gravitasi A= luas penampang pipaPerbedaan tekanan:P = P1 - P2 = g h

BarometerDigunakan untuk mengukur tekanan atmosfir.

P1 = P2 + g h

Standard : mercury (Hg) Hg = 13595 kg/m3 g = 9,807 m/s2 1 atm = 760 mm Hg TEMPERATURHukum ke 0 thermodinamika menyatakan bahwa jika benda A berada dalam kesetimbangan thermal dengan benda B dan benda A berada dalam kesetimbangan thermal dengan benda C maka benda B berada dalam kesetimbangan thermal dengan benda C. Skala suhu : SI British

Suhu Celcius ( oC ) Fahrenheit ( oF )

Suhu absolut Kelvin ( K ) Rankine ( R )

Konversi T (oK) = T (oC) + 273,15 T (oR) = T (oF) +459,67 T (oF) = 1,8 T (oC) + 32 T (oR) = 1,8 T (oK) T (K) = T (oC)T (oR) = T (oF)

BAB IISIFAT-SIFAT ZAT MURNI

FASE dari ZAT MURNI Solid (padat) : jarak antar molekul sangat dekat sehingga gaya tarik antar molekul sangat kuat, maka bentuknya tetap. Gaya tarik antara molekul-molekul cenderung untuk mempertahankannya pada jarak yang relatif konstan.Pada temperatur tinggi molekul melawan gaya antar molekul dan terpencar. Liquid (cair) : Susunan molekul mirip dengan zat padat , tetapi terhadap yang lain sudah tidak tetap lagi. Sekumpulan molekul akan mengambang satu sama lain. Gas : Jarak antar molekul berjauhan dan susunannya acak. Molekul bergerak secara acak.

PERUBAHAN FASA dari ZAT MURNI State 1 : Pada state ini disebut compressed liquid atau subcooled liquid. Pada state ini penambahan panas hanya akan menaikkan temperatur tetapi belum menyebabkan terjadi penguapan (not about to vaporize)

State 2 : Disebut saturated liquid (cairan jenuh). Pada state ini fluida tepat akan berubah fasenya. Penambahan panas sedikit saja akan menyebabkan terjadi penguapan (about to vaporize). Akan mengalami sedikit penambahan volume.

State 3 : Disebut Saturated liquid - vapor mixture (campuran uap - cairan jenuh). Pada keadaan ini uap dan cairan jenuh berada dalam kesetimbangan. Penambahan panas tidak akan menaikkan temperatur tetapi hanya menambah jumlah penguapan.

State 4 : Campuran tepat berubah jadi uap seluruhnya, disebut saturated vapor (uap jenuh). Pada keadaan ini pengurangan panas akan menyebabkan terjadi pengembunan (about to condense).

State 5 : Disebut superheated vapor (uap panas lanjut). Penambahan panas akan menyebabkan kenaikkan suhu dan volume..

Diagram T - v

Diagram P - v

PROPERTY TABEL (TABEL SIFAT-SIFAT THERMODINAMIKA)Tabel zat-zat (terlampir)

indeks f = fluid : cairan jenuh ( vf , uf , hf , sf ) g = gas : uap jenuh (vg , ug , hg , sg ) fg = fluid - gas : selisih antara harga uap jenuh dan cairan jenuh ( vfg = v g- vf ; ufg = u g- uf ;hfg = h g- hf ;sfg = s - s) hfg = entalpi penguapan(latent heat of vaporisation) H = U + P V atau h = u + P v

Campuran uap dan cairan jenuh (saturated liquid vapor mixture)

X = mvapor mtotaldimana X = kualitas uap (quality)Sifat-sifat termodinamika suatu campuran cair jenuh dan uap dengan kualitas X : u = u av= u f+ X ufg h = h av= h f+ X hfg s = s av= s f+ X sfgsecara umum y = y f+ X yfg

BAB IV SISTEM TERTUTUP DAN SISTEM TERBUKA (CONTROL VOLUME)

PERSAMAAN GAS IDEAL Robert Boyle (Inggris, 1662) : P ~ 1 v J. Charles dan J. Gay Lussac (Perancis 1810) : P = R T vP v = R T Persamaan gas idealP = Tekanan absolut : Tekanan terukur + tekanan atmosfir T = Temperatur absolut ( K atau R) v = Volume jenis R = konstante gas : udara R = 287 J/(kg K) helium R = 2077 J/(kg K) argon R = 208 J/(kg K) nitrogen R = 296 J/(kg K) M = molar mass (berat molekul) massa sistem : m = M N ; N = jumlah molekul V = m v P V = m R T m R = M N R = N RU P V = N RU T V = N v P v = RU T v = volume jenis molekul ( volume tiap satuan mole ) Untuk fixed mass system : P1V1 = P2V2 = m R T1 T2

CLOSED SYSTEM (CONTROL MASS) Jumlah massa di dalam sistem tetap Tidak ada massa yang melintasi batas sistem (boundary) Ada perpindahan energyEnergi dalam:Q = W + UDimana, E = U + PE + KE = U + mv2 + m g z (kJ)

OPEN SYSTEM (CONTROL VOLUME) Ada perpindahan massa Ada perpindahan energi Massa dan energi melewati suatu boundary yang disebut control surface

Massa (m) masuk Control Volume moving (CV) m keluar boundaryBeberapa jenis system terbuka: Nozzle Diffuser Kompresor Turbin Penukar kalor

Keseimbangan Massa

m1 = m2, dimana: m = C x ;C = debit = V tKeseimbangan Energi

Q W = mout [h + v2 + gz] - min [h + v2 +gz]atau - = Q - W = m (h + ke +pe)

STEADY FLOW DEVICES 1. Nozle dan difuser

Nozzle Diffuser

Nozle : menambah kecepatan fluida Difuser : menaikkan tekanan fluida dengan menurunkan kecepatan.

Q 0. Laju perpindahan panas antara fluida yang mengalir di dalam nozle atau difuser dengan sekeliling biasanya sangat kecil walaupun tidak diisolasi. Hal ini karena kecepatan fluida cukup tinggi sehingga tidak cukup waktu untuk terjadi transfer panas. Oleh sebab itu jika tidak ada data mengenai transfer panas, prosesnya dianggap adiabatik. W 0. Kerja di dalam nozle dan difuser nol karena hanya berupa bentuk penampang saluran. ke 0. Pada waktu fluida melewati nozle aatau difuser terjadi perubahan kecepatan yang besar sehingga perubahan energi kinetik harus diperhitungkan dalam analisis. pe = 0. Biasanya tidak terdapat perbedaan elevasi, sehingga faktor energi potensial dapat diabaikan.

2. Turbin dan kompresor

Turbin Kompresor

Di dalam steam power plants peralatan yang menggerakkan generator adalah turbin. Fluida masuk kedalam turbin dan menggerakkan sudu-sudu sehingga memutar poros. Kerja yang dihasilkan turbin adalah positif karena dilakukan oleh fluida. Kompresor adalah alat untuk menaikkan tekanan fluida, seperti juga pompa dan fan. Fan menaikkan tekanan untuk menggerakkan udara sekitar. Kompresor untuk menaikkan tekanan gas menjadi tekanan yang sangat tinggi. Pompa sama seperti kompresor tetapi untuk fluida cair. Beberapa hal yang perlu diperhatikan: Q 0. Laju perpindahan panas kecil dibandingkan dengan kerja poros kecuali ada pendinginan, sehingga dapat diabaikan kecuali ada pendinginan. W 0. Pada persoalan ini pasti ada kerja poros. Pada turbin berupa daya output, pada pompa dan kompresor berupa daya input. ke 0. Perubahan kecepatan fluida biasanya hanya menyebabkan perubahan energi kinetik yang tidak signifikan kecuali pada turbin. pe = 0. Perubahan energi potensial biasanya kecil sehingga dapat diabaikan.

3. Heat exchanger Merupakan perlatan untuk menukar kalor. Di dalam heat exchanger tidak ada interaksi kerja (w = 0) dan perubahan energi kinetik serta energi potensial diabaikan (ke 0, pe 0). Perpindahan panas tergantung bagaimana memilih control volumenya. Jika seluruh bagian dipilih sebagai control volume maka tidak terjadi perpindahan panas (Q 0). Tetapi jika hanya satu fluida yang dipilih sebagai control volume maka ada perpindahan panas dari satu fluida ke fluida yang lain (Q 0). Air 30C

Udara Udara 235C 235C

Air 30C