Termodinamika - WordPress.com

Termodinamika
Energi dan Hukum 1 Termodinamika
Energi
• Energi dapat disimpan dalam sistem dengan
berbagai macam bentuk.
• Energi dapat dikonversikan dari satu bentuk ke
bentuk yang lain, contoh thermal, mekanik,
elektrik, kinetik, potensial, magnetik, kimia,
nuklir.
• Jumlah dari semua energi yang ada adalah
total energi sistem
Energi
• Energi dapat dipindahkan antar sistem.
• Bentuk energi pada sistem tertutup (closed
system)
– Kerja
– Perpindahan panas.
Perpindahan panas
• Perpindahan panas terjadi jika ada suatu
perbedaan temperatur
Energi Mekanik
• Energi mekanik didefinisikan sebagai bentuk
energi yang dapat dikonversikan ke kerja
mekanik dengan peralatan mekanik seperti
turbin.
• Bentuk energi mekanik yang umum:
– Energi kinetik
– Energi potensial
Energi kinetik (KE)
• Energi yang terdapat pada sistem akibat
gerakan relatif terhadap suatu referensi
• Energi kinetik (kJ)
• Energi kinetik berbasis satuan masa (kJ/kg)
Dimana V kecepatan sistem relatif pada referensi tetap
Energi potential (PE)
• Energi yang terdapat pada suatu sistem
sebagai akibat ketinggian
• Energi potensial (kJ)
• Energi potensial berbasis satuan masa (kJ/kg)
Dimana g percepatan gravitasi dan z ketinggian
suatu pusat sistem relatif terfadap ketinggian
referensi
Energi
• Total energi yang sering dipertimbangkan terdiri
dari energi kinetik, potensial dan energi dalam
• Energi total dinyatakan sebagai (kJ)
• Energi yang berdasarkan pada satuan masa
(kJ/kg)
Energi dalam
• Energi dalam (u)
adalah sejumlah
bentuk energi
mikroskopik suatu
sistem.
• Energi dalam (u)
berkaitan dengan
struktur molekul dan
derajat aktifitas
molekul
• Bentuk energi
mikroskopik
Energi dalam
• Sensible energy
• Bagian energi suatu sistem
yang dihubungkan dengan
energi kinetik dari molekul
• Latent energy
• Energi dalam yang
berhubungan dengan fase
sistem
• Chemical energy
• Energi dalam yang
berhubungan dengan ikatan
atom dari suatu molekul
• Nuclear energy
• Energi yang dihubungkan
dengan kekuatan ikatan
dalam atom
Energi mekanik
• Suatu fluida yang mengalir per satuan massa
• Suatu fluida yang mengalir dalam bentuk laju
• 𝑚 adalah laju aliran massa fluida (kg/s)
Energi mekanik
• Perubahan energi mekanik dari suatu fluida
selama aliran incompressible  menjadi
kJ/kg
• Dalam bentuk laju energi mekanik (kW)
Energi mekanik
•
•
•
•
dimana
P/ energi aliran per satuan massa
V2/2 energi kinetik per satuan massa
gz energi potensial dari suatu fluida per
satuan massa
Perpindahan energi oleh panas
• Panas didefinisikan sebagai bentuk energi
yang dipindahkan antara dua sistem (atau
suatu sistem dan lingkungannnya) karena
perbedaan temperatur.
• Istilah panas didalam termodinamika berarti
perpindahan panas
Contoh perbedaan temperatur dan
laju perpindahan panas
Contoh Perpindahan panas
Perpindahan panas Adiabatik
• Greek – adiabatos: tidak
dapat dilalui
• Terisolasi dengan baik
• Kedua sistem dan
lingkungan berada pada
temperatur yang sama
• Meskipun tidak ada
perpindahan panas,
energi yang terkandung
dalam sistem masih
dapat diubah, cth: kerja
Perpindahan panas
• Satuan energi untuk perpindahan panas Q (kJ
atau Btu= British thermal unit)
• Dalam bentuk per satuan massa (kJ/kg)
• Dalam bentuk laju perpindahan panas 𝑄 (kJ/s
atau kW)
Hubungan antara
q, Q dan 𝑄
w, W dan 𝑊
Perpindahan energi oleh kerja
• Jika energi yang melalui boundary sistem dari
suatu closed system tidak terdapat panas,
maka energi tersebut adalah kerja
• Kerja adalah perpindahan energi yang
dikaitkan dengan perpindahan jarak suatu
gaya
Kerja
• Satuan energi untuk kerja Q (kJ atau Btu=
British thermal unit)
• Dalam bentuk per satuan massa (kJ/kg)
• Dalam bentuk laju perpindahan kerja atau
power atau daya 𝑊 (kJ/s atau kW)
Arah Kerja dan
Perpindahan Panas
•
•
•
•
Qin  Q +
Qout  Q –
Win  W –
Wout  W +
Path function
• Inexact differential 
• Exact differential d
• Perubahan volume
selama proses 1-2
• Kerja selama proses 1-2
Kerja elektrik
• Kerja elektrik (kJ)
• Laju kerja elektrik (W)
• Electrical power (kJ)
• N muatan listrik
• V perbedaan
tegangan
• I arus listrik yang
mengalir
Kerja mekanik
• Kerja W (kJ) dari gaya
konstan F sejauh jarak s
• Kerja W (kJ) dari gaya F • F gaya
tidak konstan
• s jarak
Kerja poros
• Torsi
• Jarak s
• Kerja poros (kJ)
• Kerja poros per satuan
waktu (daya poros) kW
• F gaya
• r jarak lengan
• s jarak yang
berhubungan
dengan radius r
Kerja Pegas
• Kerja pegas akibat
suatu perubahan
jarak dx dari gaya F
• Gaya pegas (kN)
• Kerja pegas (kJ)
• x displacement
(perpindahan)
• k konstanta pegas
kN/m
• x1 dan x2 posisi awal
dan akhir pegas
Hukum I Termodinamika
• Hukum I termodinamika dikenal sebagai
prinsip kekekalan energi
• Dinyatakan jika energi tidak dapat diciptakan
atau dimusnahkan selama suatu proses dan
hanya dapat diubah bentuknya
Contoh hukum 1 termodinamika
Keseimbangan energi
• Perubahan (kenaikan atau penurunan) total
energi suatu sistem selama proses adalah
sama dengan perbedaan antara total energi
yang masuk dan total energi yang keluar
selama proses
• atau
Perubahan energi suatu sistem E system
• perubahan energi suatu sistem selama proses
• atau
Perubahan energi suatu sistem E system
• Perubahan total energi suatu sistem selama
proses adalah jumlahan energi dalam, kinetik
dan potensial dinyatakan
• dimana
Keseimbangan energi
• Keseimbangan energi dari suatu sistem dapat
dinyatakan
• Laju keseimbangan energinya dinyatakan
• Dfsd
Bentuk penulisan energi
• Bentuk energi (kJ)
• Bentuk persatuan masa (kJ/kg)
• Bentuk diferensial
• Siklus yang tidak melibatkan aliran masa
Performance atau efisiensi
• Sds
Performance atau efisiensi
• Gabungan
Mekanisme perpindahan panas
• Konduksi
• Konveksi
• Radiasi
Konduksi
• Perpindahan energi dari
suatu substansi yang lebih
aktif ke energi yang kurang
aktif sebagai akibat
hubungan antara partikel.
• Dapat terjadi pada solid,
liquid atau gas.
Konduksi
• Laju perpindahan panas konduksi 𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑 (W)
melalui suatu ketebalan lapisan x adalah
sebanding dengan perubahan temperatur T
yang melalui lapisan dan normal area A
• kt = konduktivitas termal material (W/m.K)
Konveksi
• Suatu perpindahan
energi antara
permukaan solid yang
berdekatan dengan
liquid atau gas dalam
suatu gerakan
Konveksi
• Laju perpindahan panas konveksi 𝑄𝑐𝑜𝑛𝑣 (W)
• dimana
• h = koefisien konveksi perpindahan panas
(W/m2.K)
• A = luas permukaan dimana terjadi perpindahan
panas
• Ts = temperatur permukaan
• Tf = temperatur fluida
Konveksi
• Forced convection
• Natural convection
Radiasi
• Energi yang dipancarkan
suatu bahan dalam
bentuk gelombang
elektromagnetik
sebagai akibat
perubahan konfigurasi
elektronik dari atom
atau molekul
Radiasi
• Laju suatu permukaan menyerap radiasi
ditentukan oleh
•  emisivity
• A luas area
• Ts temperatur absolut pada permukaan yang
lebih luas
• Tsurr temperatur absolut lingkurangan
Proses polytropik
• pVn = constant
Specific heats (panas spesifik)
• Specific heat
– Energi yang dibutuhkan untuk menaikkan
temperatur dari satu satuan massa substansi
sebanyak 1
• Cv
– Panas spesifik pada volume konstan
• Cp
– Panas spesifik pada tekanan konstan
Specific heats
• Cp > Cv
• Karena
– Mengijinkan untuk berekspansi
– Energi untuk kerja ekspansi harus diberikan
Internal energy, enthalpy, and specific
heats of ideal gas model
•
•
•
•
•
•
•
•
•
h = u + P.v
P.v = R.T
u = u(T)
h = h(T) = u(T) + RT
h = u + R.T
du = Cv(t).dT
dh = Cp(t).dT
u2 – u1 = Cv (T2 – T1)
h2 – h1 = Cp (T2 – T1)
Specific heat and ideal gas
• Cp = Cv + R
• k = Cp / Cv
Internal energy. Enthalpy and specific
heats of solids and liquids
•
•
•
•
•
•
•
Cp = Cv = C
u = C (T2 – T1)
h = u + v. P  Cav T + v. P
Proses pada tekanan konstan
P = 0; h = u  Cav T
Proses pada temperatur konstan
T = 0; h = v.P