Termodinamika Termodinamika teknik
Program study teknik mesin
Jurusan teknik mesin
Pengertian termodinamika
Termodinamika merupakan cabang ilmu pengetajuan yang membahas hubungan antara panas dan bentuk –bentuk lainnya.
Kata thermodynamic berasal dari bahasa yunani, termo atau heat berarti panas atau bahang, sedangkan dynamic atau force berarti daya atau gaya.
Ada tiga kelas utama di dalam industri yang memproduksi daya, yaitu :
- Industry pembangkit tenaga
- Motor barker, dan
- Turbin gas
Sistem termodinamika dan volume atur
Sistem termodinamika didefinisikan sebagai Sesutu kumpulan zat yang memiliki massa yang tetap dan tertentu, yang dibatasi oleh suatu permukaan yang tertutup,yang terletak diluar sistem disebut lingkungan,dan system dipisahkan oleh permukaan batas atau batas system yang berupa sesuatu yang bergerak ataupun yang tetap.
Gas didalam silinder merupakan suatu sistem, bila silinder dipanasi suhu meningkat dan gas akan bergerak keatas bersamaan dengan bergeraknya pengisap.
Sistem yang terisolasi adalah suatu system yang tidak dipengaruhi bagaimanapun juga oleh lingkungannya.panas dan kerja tidak dapat berintraksi dengan sistem melewati bats sistem.
Sifat dan keadaan zat
Sifat zat dapat didefinisikan sebagai suatu besaran yang hanya tergantung pada keadaan sistem dan tidak tergantung lintasan (misalnya apa yang dialami sebelumnya)yang dilalui (dialami) oleh sistem dalam mencapai suatu keadaan yang tertentu. Kebalikanya, keadaan suatu sistem dinyatakan oleh sifat zat.
Keseimbangan termodinamik
Dalam termidinamika perlu didefinisikan apa yang disebut sistem sederhana. Sistem sederhana adalah suatu sistem yang tidak dipengaruhi oleh efek kapiliritas, perubahan bentuk fase padat, medan gaya luar(listrik, magnet, maupun grafitasi) atau dinding dalam abiabatic. Jadi sistem ada dalam keseimbangan termodinamika bila sistem tersebut mengalami kesetimbangan mekanik(kesetimbangan gaya), kesetimbangan termik(tidak ada gradient suhu), dan kesetimbangan kimia (tidak ada reaksi kimia).
Jadi, kesetimbangan termodinamika adalah suatu konsep yang berhubungan dengan tidak adanya kecendrungan sistem untuk mengadakan perubahan yang spontan bila sistem tersebut terisolasi.
Proses dan siklus
Peroses kuasi setimbang adalah sutu proses yang penyimpangannya dari kesetimbangan termodinamik sangat kecil(infinitesimal), dan semua keadaan dilalui oleh sistem tersebut selama berlangsungnya proses kuasi setimbang dapat dianggap sebagai keadaan setimbang.
Proses reversible adalah keadaan yang semula dapat dicapai kembaliu dari keadaan akhir melalui lintasan yang sama.proses ini biasanya idnyatakan dengan garis putus-putus.
Banyak proses yang dapat dinyatakan dengan salah satu sifatnya dibuat konstan. Misalnya proses isotermik(suhunya selalu tetap selama proses), isobaric(tekanan selalu sama), isometric(volumenya selalu sama.
Bila suatu sistem dengan keadaan awal tertentu mengalami berbagai perubahan keadaan dan akhirnya kembali lagi keadaan semula, system tersebut mengalami suatu siklus lengkap(langkah tertutup).pada akhir siklus semua sifat mempunyai harga yang sama seperti keadaan semula.
Satuan teknik
Hubungan antara gaya, massa, panjang dan waktu dinyatakan oleh hokum newton kedua yang menyatakan bahwa gaya yang bekerja pada suatu benda berbanding debgan hasil kali massa dengan kecepatan yang searah dengan gaya tersebut.
Jadi F = m.a
Dimana
F : Gaya
m : massa
a : percepatan
satuan waktu standar adalah detik rata-rata berdasarkan matahari, yaitu 1/86,400 x hari mata hari rata-rata. Hari mata hari rata-rata adalah waktu relative yang diperlukan bumi untuk berevolusi relative terhadap matahari, yang diambil rata-ratanya untuk satu tahun.
Dalam termodinamika sering juga digunakan dua satuan massa lain, gram-mol dan pound-mole.satu gram-mol adalah zat yang massanya dalam gram sama denngan berat molekul zat tersebut.
Massa jenis dan Volume jenis
Massa jenis suatu zat didefinisikan sebagai massa persatuan volume, yang dinyatakan dengan symbol ρ. Sedangkan volume jenis suatu zat adalah volume persatuan massa, dan dinyatakan dengan symbol υ , dan merupakan kebalikan dari massa jenis.
Hokum termodinamika ke-nol
Hokum termodinamika ke-nol menyatakan bahwa bila dua benda masing-masing ada dalam keadaan kesetimbangan termik dengan benda yang ketiga, jadi menunjukkan suhu yang sama, maka kedua benda tersebut ada dalm kesetimbangan termik satu sama lain,artinya suhu kedua benda itu sama.
Sifat-sifat termodinamika dari suatu substansi
Sifat merupakan suatu krakteristik makroskopik dari suatu sistem seperti masssa, tekanan, suhu volume, dan energi.
Ada dua sifat termodinamika yang dipengaruhi oleh tekanan (p),suhu (T), dan volume (v) yaitu :
a. Sifat Ekstensif
Suatu sifat dikatakan ekstensif bila nilainya untuk seluruh sistem merupakan penjumlahan dari seluruh bagian yang ada dan merupakan bagian dari sistem tersebut.
Cirri-cirinya adalah bergantung pada besar dan ukuran sistem, dan berubah karena waktu,dan massa dan energi sebagai suatu sistem berinteraksi dengan lingkungannya.
b. Sifat intensif
Intensif mempunyai cirri-ciri yaitu nilainya tidak tergantung dari besar dan ukuran sistemnya biasanya bervariasi dari suatu tempat ke tempat lain di dalam sistem setiap saat dan tidak bersifat aditif
Motodologi pemecahan persoalan termodinamika
Langkah pertama yang dilakukan didalam menganalisa persoalan termodinamika adalah membuat definisi dari sistem dan melakukan indentifikasi dari intraksi yang relevan dengan lingkungannya. Banyak analisis menggunakan cara langsung atau tak langsung, atau satu dari ketiga hukum dasar berikut ini:
Prinsip konservasi massa
Prinsip konservasi energi
Hokum termodinamika I
Enam langkah yang digunakan untuk melakukan solusi persoalan, yaitu :
1) Hal-hal yang diketahui
Nyatakan secara singkat tentang apa-apa yang telah diketahui.
2) Hal-hal yang dinyatakan
Nyatakan dengan singkat tentang segala sesuatu yang dihitung/ditentukan
3) Buat skema secar ringkas tentang hal-hal yang diketahui
4) Buat asumsi
5) Analisis
6) Berikan kesimpulan
Aplikasi termodinamika teknik
Ada beberapa penggunaan sehari-hari dari termodinamika antara lain:
Motor barker kendaraan otomotif
Turbin
Kompresor dan pompa
Pembangkit listrik tenaga nuklir dan gas
Sistem propulsiuntuk pesawat terbang dan roket
Sistem pembakaran bahan bakar
Pemisahan gas liquida
Sistem pemanasan, ventilasi dan penyegar udara seperti:
• Refrigerasi
• Pompa panas
Sistem energi alternative seperti:
• Bahan bakar sel
• Pembangkit tenaga matahari
• Sistem panas bumi
• Energi air laut,gelombang air laut
• Sistem energi angin.
Tugas 2
Termodinamika teknik
Program study teknik mesin
Jurusan teknik mesin
BAB II
DASAR-DASR TERMODINAMIKA
Sistem
Sistem adalah segalah sesuatu yang ada dalam pengamatan atau digunakan untuk mengidentisifikasi subjek yang akan di analisa. Lingkungan adalah sesuatu yang ada diluar sistem.
Dalam termodinamika terdapat dua jenis sistem yaitu:
1. sistem tertutup
Pada sistem ini terdapat sejumlah massa yang konstan yang berada dalam suatu batas sistem, dimana massa tersebut terpisah dari lingkungan dan dan di isolasi.
2. Sistem terbuka
Pada sistem terbuka terdapat sejumlah massa yang konstan dan alirannya mantap. Massa yang masuk dan keluar dari sistem serta massa yang ada dalam sistem adalah konstan.
Kerja
Dalam mekanika kerja adalah produk antara gaya dan jarak atau gaya yang bekerja sejauh x. Dalam termodinamika kerja merupakan intraksi antara dua jenis sebagai poros perpindahan energi.kerja selalu merepresentasikan sebagai pertukaran energi antara sistem dan lingkungannya.
Satuan kerja adalah joule sedangkan daya adalahkerja persatuan waktu (joule/detik).
Tanda konversi dan Notasi
Pada termodinamika teknik tanda sangat berpengaruh pada peralatan/mesin.tanda konversioanl yang digunakn disini yaitu:
Seandainya jika kerja yang dihasilkan oleh suatu sistem adalah lebih besar dari pada nol (W>0) maka dikatakan kerja positif (kerja yang dihasilkan oleh sistem). sebaliknya jika kerja yang dihasilkan oleh sistem lebih kecil dari nol (W<0) maka dikatakan kerja negative (kerja yang dikenakan pada sistem).
Panas
panas adalah suatu bentuk energi yang dipindahkan melalui batas sistem yang ada pada suatu temperatur tinggi ke sistem lain atau lingkungannya yang mempunyai temperatur lebih rendah, karena adanya perbedaan temperature.
Panas merupakan suatu bentuk energi yang didefinisikan berdasarkan temperature, dengan perkataan lain, panas merupakan intraksi antara sistem-sistem yang terjadi akibat adanya perbedaan temperatur diantara mereka.
Satuan panas dalam sistem inggeris (English Engineering) adalah BTU (British Thermal Unit), yang didefinisikan sebagai panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur satu pon (lbm) air sebanyak satu derajat Fahrenheit dari 60o F ke 61o F. dalam sistem metric satuan panas adalah kalori.
1 kalori internasional = 1,1867 joule absolute.
SOAL –SOAL LATIHAN BAB II
1. Diketahui suatu gas ideal yang terdpat pada suatu sistem piston dan silinder dengan tekanan awal sebesar 3 bar dengan volume awal ekpansi sebesar 0,05 m3.sedangkan tekanan akhir sebesar 1 bar dengan voleme akhir ekspansi sebesar 0,2 m^3. hitunglah kerja yang dihasilkan air gas tersebut.
2. Diketahui uap air yang berada didalam suatu piston dan silinder dengan massa sebesar 5 kg. Uap tersebut berekspansi dari keadaan 1 dengan energy dalam spesifik (persatuan massa) sebesar u1 = 7909,9 kJ/kg.ke keadaan 2 dengan energy dalam spesifik sebesar u2 = 2659,6 kJ/kg. selama proses ekspansi berlangsung, ada perpindahan energi yang dimasukkan kedalam sistem sebesar 80 kJ. dan kerja yang dihasilkan dari baling-baling sebesar 18,5 kJ. diketahui pula bahwa tidak ada perubahan energi kinetic dan potensial dari sistem. hitung besar perubahan energi sebagai kerja pada piston selama proses ekspansi.
Jawab :
1. penyelesaian:
p1 = 300.000 Pa
v1 = 0,05 m3
p2 = 100.000 Pa
v2 = 0,02 m3
maka :
W12 = p2.v2 – p1.v1
= (100.000).(0,2) – (300.000).(0,05)
= 20.000 – 15.000
= 5000 joule
2. dEK = 0
dEp = 0
m = 5 kg
u1 = 2709,9 kj/Kg
u2 = 2659,6 kj/kg
maka = dU + dEK + dEp
= m (u2 – u1) +0 + 0
Dengan W = Wpiston + Wbaling-baling
Sehingga
m(u2 – u1) = Q – (Wpiston + Wbaling-baling)
atau
Wpiston = Q – W baling-baling – m (u2-u1)
= (80)- (-18,5) – (5)(2659,6 – 2709,9)
=(80) – (-18,5)-(-251,5)
= 350 kjoule
Soal latihan :
1. diketahui suatu gas ideal yangterdapat pada suatu sistem piston dan silinder dengan tekanan awal sebesar 12 bar dengan volume awal ekspansi sebesar 0,05 m3, sedangkan tekanan awal sebasar 1,2 bar dengan volume awal ekspansi sebesar 0,2 m3.hitunglah kerja yang dihasilkan gaya tersebut.
jawab
dik : p1 = 1,2 bar = 120000 Pa
v1 = 0,05 m3
p2 = 1,2 bar = 120000 Pa
v2 = 0,2 m3
maka :
W12 = p2.v2 – p1.v1
= (120.000).(0,2) –(120.000).(0,05)
= 24000 – 6000
= 18000 joule
2. Diketahui uap air yang berada didalam suatu piston dan silinder dengan massa sebesar 0,5 kg. Uap tersebut berekspansi dari keadaan 1 dengan energy dalam spesifik (persatuan massa) sebesar u1 = 2500 kJ/kg.ke keadaan 2 dengan energy dalam spesifik sebesar u2 = 2400 kJ/kg. selama proses ekspansi berlangsung, ada perpindahan energi yang dimasukkan kedalam sistem sebesar 100 kJ. dan kerja yang dihasilkan dari baling-baling sebesar 25 kJ. diketahui pula bahwa tidak ada perubahan energi kinetic dan potensial dari sistem. hitung besar perubahan energi sebagai kerja pada piston selama proses ekspansi.
Jawab :
penyelesaian
dEK = 0
dEp = 0
m = 0,5 kg
u1 = 2500 kj/Kg
u2 = 2400 kj/kg
maka = dU + dEK + dEp
= m (u2 – u1) +0 + 0
Dengan W = Wpiston + Wbaling-baling
Sehingga
m(u2 – u1) = Q – (Wpiston + Wbaling-baling)
atau
Wpiston = Q – W baling-baling – m (u2-u1)
= (100)- (-25) – (0,5)(2400 – 2500)
=(100) – (-25)-(0,5).(-100)
=25 kjoule
Tugas3
Termodinamika teknik
Program study teknik mesin
Jurusan teknik mesin
BAB III
SIFAT-SIFAT TERMODINAMIKA
Ada dua sifat termodinamika yang dipengaruhi oleh tekanan, suhu, volume, dan massa yaitu :
1. Sifat ekstensif yaitu bila nilainya untuk seluruh sistem merupakan penjumlahan dari seluruh bagian yang ada merupakan bagian dari sistem tersebut. contohnya massa, volume, energy dari suatu substansi.
2. sifat intensif yaitu bila nilainya tidak tergantung dari besar dan ukuran yang sistemnya dan biasa bervariasi dari suatu tempat ke tempat lain didalam sistem setiap saat. contohnya volume spesifik dan entalpi.
Zat murni (hanya terdiri dari satu komponen) , sifat yang penting adalah tekanan, temperature, volume spesifik, energy dalam spesifik, entalpi spesifik,dan entropi spesifik.
Zat murni adalah zat mempunyai komposisi kimia yang homogen dan tetap(tidak berubah).
Tabel uap air terdiri dari beberapa bagian yaitu:
Tabel A.1.1 : Tabel uap jenuh dan cairan jenuh(tabel temperature)
Tabel A.1.2 : Tabel uap dan cairan jenuh (Tabel tekanan)
Tabel A.1.3 : Tabel uap dipanaskan lanjut
Tabel A.1.4 : Tabel cairan temperature
Tabel A.1.5 : Tabel padat dan uap jenuh
tabel A.1.1 data termodinamika uap jenuh sebagai fungsi temperatur kejenuhan(saturation temperature.
Untuk mengetahui kondisi proses keadaan dalam termodinamika perlu diketahui apakah cairan tertekan,campuran ataupun yang lain-lainnya diperlukan 2 data untuk menentukannya yaitu:
1. Tekanan dan temperature.
bandingkan antara terperatur sebenarnya dengan temperatur jenuh jika:
T T=T : jenuh maka cairanya jenuh
T>T : jenuh maka uap dipanaskan lanjut
2. Tekanan dan volumespesifik.
bandingkan antara temperatur sebenarnya dengan temperatur jenuh jika:
v v=vf jenuh maka cairan jenuh
vf v=vg uap jenuh
v>vg uap dipanaskan lanjut.
3. Temperatur dan volume
4. Tekanan dan energi dalam, tekanan dan entalpi, tekanan dan entropi identik dengan tekanan dan volume
5. Temperature dan energi dalam, temperature dan entalpi, temperature dan entropi identik dengan temperatur dan volume.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar