Thermodynamics Pure substance Substansi murni Pure substance / substansi murni • Komposisi kimia tetap • Contoh: air, nitrogen, helium, carbon dioksida • Campuran beberapa elemen kimia atau compound substansi murni selama campuran homogen Pure substance / substansi murni • Udara? Air dengan minyak? Campuran air dan es? Campuran udara cair dan gas udara? Fasa substansi murni • 3 prinsip fasa, sebutkan • Berbeda struktur molekul • Fasa Proses perubahan fasa • • • • Compressed liquid (subcooling) Saturated liquid (cair jenuh) Saturated vapor (uap jenuh) Superheated vapor (uap kukus / uap super panas) Ilustrasi Perubahan fasa Ilustrasi Perubahan fasa Proses perubahan fasa • • • • Contoh: air (water) 1 atm, 20C compressed liquid 1 atm, 100C saturated liquid 1 atm, 100C saturated liquid vapor mixture • 1 atm, 100C saturated vapor • 1 atm, 300C superheated Temperatur dan tekanan jenuh (saturated temperature and saturated pressure) • Saturated temperature (Tsat) pada tekanan tertentu • Saturated pressure (Psat) pada temperature tertentu Property diagram • • • • T – v diagram P – v diagram P – T diagram P – v – T surface T-v diagram • Titik kritis (critical point) – Saturated liquid dan saturated vapor identik atau dalam kondisi setimbang • Critical point dari air (water) – Pcr – Tcr – Vcr 22.09 MPa 374.14 C 0.003155 m3/kg Critical point • Critical temperature – Maksimum temperatur dimana fasa liquid dan vapor berada dalam kondisi equilibrium • Critical pressure – Tekanan pada critical point • Critical specific volume – Volume spesifik pada critical point T-v diagram - titik kritis P-v-T surface Triple point • 3 fasa dalam kondisi equilibrium Contracts on freezing Expands on freezing Extending P-v diagram terhadap fasa padat (the solid phase) • Contracts of freezing (penyusutan) • Expands of freezing • Bagaimana jika air menyusut? Extending P-v diagram terhadap fasa padat (the solid phase) • Triple line – Pada P-v atau T-v diagram – Tekanan dan temperatur yang sama namun beda volume specifik – 3 fasa berada dalam kondisi equilibrium • Triple point – Pada P-T diagram – 3 fasa semua pada kondisi equilibrium – Cek table 2.3 Triple point T-v diagram • P > Pcr proses perubahan fasa tidak dapat dibedakan • Diatas kondisi kritis, mengacu pada temperatur – T > Tcr – T < Tcr superheated vapor (super panas) compressed liqiuid T-v diagram pada tekanan variasi konstan T-v dan P-v diagram • Saturated liquid line (garis cair jenuh) • Saturated vapor line (garis uap jenuh) T-v Diagram substansi murni P-v diagram substansi murni P-T diagram • Phase diagram (diagram fasa) • Untuk setiap fasa dipisahkan oleh garis Solid to vapor • 2 ways – Solid liquid vapor – Solid vapor Property tables • Sistem SI dan English • Substansi • Kondisi – Saturated – Superheated – Compressed liquid – Gases Saturated liquid and saturated vapor states • Saturated liquid = cair jenuh …f • Saturated vapor = uap jenuh …g • Perbedaan sat. vapor and sat. liquid (mixture) …fg • Temperature table • Pressure table Saturated liquid vapor mixture • • • • • Selama proses penguapan Suatu campuran dari sat. liquid dan sat. vapor Nilai kualitas 0 < x < 1 Sat. liquid x = 0 (0%) Sat. vapor x = 1 (100%) Saturated liquid vapor mixture • Kualitas x 𝑥= • • • • • • 𝑚𝑣𝑎𝑝 𝑚𝑡𝑜𝑡 = 𝑚𝑣𝑎𝑝 𝑚𝑣𝑎𝑝 +𝑚𝑙𝑖𝑞 v = (1-x) vf + x.vg u = (1-x) uf + x.ug h = (1-x) hf + x.hg s = (1-x) sf + x.sg V = Vg + Vf V = m.v Phase - mixture Compressed liquid • Tidak banyak data tersedia, sering diperlakukan sebagai saturated liquid • Tidak tergantung pada tekanan • Peningkatan tekanan 100 kali sifat-sifat berubah kurang dari 1% • Untuk energi dalam (u), volume spesifik (v), dan entropi (s) y = yf@T • Entalpi dipengaruhi oleh tekanan h = hf@T + vf (P – Psat ) Compressed liquid • Higher pressure (P > Psat pada T tertentu) • Lower temperature (T < Tsat pada P tertentu) • Lower specific volume (v > vf pada P atau T tertentu) • Lower internal energy (u > uf pada P atau T tertentu) • Lower enthalpies (h > hf pada P atau T tertentu) Superheated vapor • Vapor phase • Tergantung pada T dan P • Karakteristik dibanding saturated vapor Lower pressure (P < Psat pada T tertentu) Higher temperature (T > Tsat pada P tertentu) Higher specific volume (v > vg pada P atau T tertentu) Higher internal energy (u > ug pada P atau T tertentu) Higher enthalpies (h > hg pada P atau T tertentu) Superheat Contoh soal • Tentukan pressure (p) dan volume (V) tangki jika tangki berisi 50 kg saturated liquid water pada 90C • Ans: – p=70.14 kPa – V = 0.0518 m3 – Vf = 0.001036 m3/kg Contoh soal • Tentukan temperature (T) dan volume spesifik (v) silinder piston jika berisi 2 ft3 saturated water vapor pada tekanan 50 psia? Contoh soal • Jika suatu sistem terdiri dari dua fasa campuran liquid-vapor dari air pada 100C dengan kualitas 0.9. Tentukan volume spesifik (v) dari campuran tersebut. Contoh soal • Suatu tangki berisi 10 kg air pada 90C. Delapan kg dari air tersebut berupa cair dan sisanya dalam bentuk uap. Tentukan tekanan (p) dan volume (V) pada tangki. Contoh soal • 80 lt bejana berisi 4 kg R134a pada tekanan 160 kPa. Tentukan temperatur, kualitas, entalpi dari refrigerant, dan volume dari fase uap. Gas ideal • • • • • • • • • Persamaan untuk gas ideal P.v = R.T PV=mRT P𝑣 = RuT R = Ru/M P tekanan absolut T temperature absolut R konstanta gas Ru konstanta gas universal Gas ideal • Persamaan tersebut juga dapat dituliskan • 𝑃1 .𝑉1 𝑇1 = 𝑃2 .𝑉2 𝑇2 • Pv = RT untuk suatu substansi gas ideal yaitu jika P rendah dan T tinggi. • Gas yang dapat dianggap sebagai gas ideal yaitu udara, nitrogen, O2, H2, He, Ar, Ne, Kr, CO2 dengan tingkat error <1% Uap air sebagai gas ideal? • Jika P < 10 kPa berapapun temperaturnya dengan kesalahan < 1% • Tekanan tinggi kurang tepat dianggap sebagai gas ideal • Sistem power plant, uap air tidak bisa dianggap sebagai gas ideal karena tekanan tinggi Contoh soal • Tentukan massa udara sebagai gas ideal dalam suatu ruang kelas dengan ukuran 4x5x6 mm3 pada tekanan 100 kPa dengan temperatur 25C.