thermodinamika teknik

TERMODINAMIKA

HUKUM I TERMODINAMIKA.

Dalam suatu sistem yang mendapat panas sebanyak Q akan terdapat perubahan energi dalam (U ) dan melakukan usaha luar (W ).

Q = U + W

Q = kalor yang masuk/keluar sistem

U = perubahan energi dalam

W = Usaha luar.

PROSES - PROSES PADA HUKUM TERMODINAMIKA I.

1.      Hukum I termodinamika untuk Proses Isobarik.

Pada proses ini gas dipanaskan dengan tekanan tetap.

( lihat gambar ).

sebelum dipanaskan              sesudah dipanaskan

Dengan demikian pada proses ini berlaku persamaan Boyle-GayLussac

Jika grafik ini digambarkan dalam hubungan P dan V maka dapat grafik sebagai berikut :

Pemanasan                                             Pendinginan

Usaha luar yang dilakukan adalah : W = p ( V₂ - V₁ ). karena itu hukum I termodinamika dapat dinyatakan :

Q =  U + p ( V₂ - V₁ )

Panas yang diperlukan untuk meningkatkan suhu gas pada tekanan tetap dapat dinyatakan dengan persamaan :

Q = m c_p ( T₂ - T₁ )

Pertambahan energi dalam gas dapat pula dinyatakan dengan persamaan :

U = m c_v ( T₂ - T₁ )

Karena itu pula maka usaha yang dilakukan pada proses isobarik dapat pula dinyatakan dengan persamaan :

W =Q - U = m ( c_p - c_v ) ( T₂ - T₁ )

m = massa gas

c_p = kalor jenis gas pada tekanan tetap

c_v = kalor jenis pada volume tetap.

2.      Hukum I Termodinamika untuk Proses Isokhorik ( Isovolumik )

Pada proses ini volume Sistem konstan. ( lihat gambar )

Sebelum dipanaskan.          Sesudah dipanaskan.

Dengan demikian dalam proses ini berlaku Hukum Boyle-Gay Lussac dalam bentuk :

Jika digambarkan dalam grafik hubungan P dan V maka grafiknya sebagai berikut :

Pemanasan                                             Pendinginan

Karena V = 0 maka W = p . V

                                    W = 0 ( tidak ada usaha luar selama proses )

                        Q =  U₂ - U₁

Kalor yang diserap oleh sistem hanya dipakai untuk menambah energi dalam (U )

Q = U

U = m . c_v ( T₂ - T₁ )

3. Hukum I termodinamika untuk proses Isothermik.

Selama proses suhunya konstan.

( lihat gambar )

Sebelum dipanaskan.          Sesudah dipanaskan.

Oleh karena suhunya tetap, maka berlaku Hukum BOYLE.

P₁ V₂ = P₂ V₂

Jika digambarkan grafik hubungan P dan V maka grafiknya berupa :

Pemanasan                                               Pendinginan

Karena suhunya konstan T₂ = T₁ maka :

 U = U₂ - U₁

         = n R T₂  -  n R T₁  =  0  ( Usaha dalamnya nol )

Kalor yang diserap sistem hanya dipakai untuk usaha luar saja.

ln x =2,303 log x

4. Hukum I Termodinamika untuk proses Adiabatik.

Selama proses tak ada panas yang masuk / keluar sistem jadi Q = 0

( lihat gambar )

 Sebelum proses                Selama/akhir proses

oleh karena tidak ada panas yang masuk / keluar sistem maka berlaku Hukum Boyle-Gay Lussac

Jika digambarkan dalam grafik hubungan P dan V maka berupa :

Pengembangan                                         Pemampatan

Karena Q = 0 maka O = U + W

U₂ -U₁ = -W

Bila W negatif ( -W = sistem ditekan ) usaha dalam sistem (U ) bertambah. Sedangkan hubungan antara suhu mutlak dan volume gas pada proses adibatik, dapat dinyatakan dengan persamaan :

T.Vg-1 = konstan     atau     T₁.V1g-1 = T₂.V₂g-1

Usaha yang dilakukan pada proses adiabatik adalah :

W = m . c_v ( T₁ - T₂ )     atau      W =  ( V₂g-1 - V1g-1 )

Juga berlaku persamaan : P₁.V1g = P₂.V₂g

PENERAPAN HUKUM I TERMODINAMIKA.

PENGERTIAN SIKLUS.

Suatu pesawat yang dapat mengubah seluruh kalor yang diserapnya menjadi usaha secara terus menerus belum pernah kita jumpai. yang ada hanya pengubahan kalor menjadi usaha melalui satu tahap saja. Misalnya : proses isothermis.

Agar sistem ini dapat bekerja terus-menerus dan hasilnya ada kalor yang diubah menjadi usaha, maka  harus ditempuh cara-cara tertentu. Perhatikan gambar di bawah ini.

- Mulai dari ( P₁ , V₁ ) gas mengalami proses isothermis sampai ( P₂ , V₂ ).

- Kemudian proses isobarik mengubah sistem dari ( P₂ , V₂ ) sampai ( P₂ , V₁ ).

- Akhirnya proses isobarik membuat sistem kembali ke ( P₁ , V₁ ).

Usaha yang dilakukan sama dengan luas bagian gambar yang diarsir proses seperti yang ditunjukkan pada gambar diatas disebut : SIKLUS. Pada akhir proses sistem kembali ke keadaan semula. Ini berarti pada akhir siklus energi dalam sistem sama dengan energi dalam semula. Jadi untuk melakukan usaha secara terus menerus, suatu siklus harus melakukan usaha secara terus menerus, suatu siklus harus bekerja dalam suatu siklus.

HUKUM II TERMODINAMIKA.

Effisiensi (daya guna mesin)

Dalam hukum II Termodinamika akan dibahas perubahan kalor menjadi energi mekanik melalui sebuah mesin, dan ternyata belum ada sebuah mesinpun yang dapat mengubah sejumlah kalor menjadi energi mekanik seluruhnya.

Sebuah mesin diberi energi berupa kalor Q₁ pada suhu tinggi T₁, sehingga mesin melakukan usaha mekanik W. Energi yang dibuang berupa kalor Q₂ pada suhu T₂, maka effisiensi mesin adalah :

Menurut Carnot untuk effisiensi mesin carnot berlaku pula :

 

Sebenarnya tidak ada mesin yang mempunyai effisiensi 100 % dan dalam praktek effisiensi mesin kurang dari 50 %.

PERUMUSAN KELVIN-PLANK

TENTANG HUKUM II TERMODINAMIKA

Pada dasarnya perumusan antara Kelvin dan Plank mengenai suatu hal yang sama, sehingga perumusan keduanya dapat digabungkan dan sering disebut : Perumusan Kelvin-Plank Tentang Hukum Ii Termodinamika.

Perumusan Kelvin-Plank secara sederhana dapat dinyatakan sebagai berikut :

“Tidak Mungkin Membuat Pesawat Yang Kerjanya

 Semata-Mata Menyerap Kalor Dari Sebuah Reservoir

 Dan Mengubahnya Menjadi Usaha”

Sebagai contoh marilah kita perhatikan proses yang sebenarnya terjadi pada motor bakar dan motor bensin.

-        Mula-mula campuran uap bensin dan udara dimasukkan ke dalam silinder dengan cara menarik penghisap.

-        Kemudian penghisap ditekan, dengan demikian campuran tadi dimampatkan sehingga temperatur dan tekanannya naik.

-        Campuran tadi kemudian dibakar dengan loncatan bunga api listrik. Proses pembakaran ini menghasilkan campuran dengan temperatur dan tekanan yang sangat tingi, sehinga volume campuran tetap (proses isokhorik)

-        Hasil pembakaran tadi mengembang, mendorong penghisap, sedangkan tekanan dan temperaturnya turun, tetapi masih lebih tinggi dari tekanan dan temperatur di luar.

-        Katub terbuka, sehingga sebagian campuran itu ada yang keluar sedangkan penghisap masih tetap ditempatnya.

-        Akhirnya penghisap mendorong hampir seluruhnya campuran hasil pembakaran itu keluar.

PERUMUSAN CLAUSIUS

TENTANG HUKUM II TERMODINAMIKA.

Perumusan Clausius tentang hukum II Termodinamika secara sederhana dapat diungkapkan sebagai berikut :

“Tidak Mungkin Membuat Pesawat Yang Kerjanya Hanya Menyerap Dari Reservoir Bertemperatur Rendah Dan Memindahkan Kalor Itu Ke Reservoir Yang Bersuhu Tinggi, Tanpa Disertai Perubahan Lain.

Sebagai contoh marilah kita lihat proses pada lemari pendingin (lemari es) yang bagannya pada gambar di bawah ini.

-         Zat cair di dalam wadahnya pada tekanan tinggi harus melalui saluran yang sempit, menuju ke ruang yang lapang (Avoporator). Proses ini disebut : Proses Joule-Kelvin.

-        Tiba di ruang yang lapang, temperatur dan tekanan zat cair tadi berkurang, dan zat cair juga menguap. Untuk menguap maka zat cair ini memerlukan kalor yang diserap dari reservoir T₂ (suhu reservoir dingin = suhu benda yang akan didinginkan).

-       Kemudian uap pada tekanan rendah ini masuk ke dalam kompresor, dimampatkan, sehingga tekanannya dan temperaturnya naik. Temperatur uap ini lebih tingi dari temperatur reservoir T₁ (temperatur suhu tingi) dan T₁ > T₂

-        Di dalam kondensor uap ini memberikan kalor pada reservoir T₁. Sebagai reservoir T₁ dapat digunakan udara dalam kamar atau air. Zat yang sering dipakai pada pesawat pendingin adalah : Amoniak. Pada proses ini selain pemindahan kalor dari reservoir dingin T₂ ke reservoir T₁, terjadi pula perubahan usaha menjadi kalor yang ikut dibuang di T₁.

Konversi Satuan Internasional - British

1,4504x10^-4lbf/in²

PANJANG
1cm	=	0,3937 in
1m	=	3,2808 ft
1in	=	2,54 cm
1ft	=	0,3048 m
MASSA DAN DENSITAS
1 kg	=	2,2046 lb
1 g/cm3	=	103 kg/m3
1 g/cm3	=	62,428 lb/ft3
1 lb	=	0,4536 kg
1 lb/ft3	=	0,016018 g/cm3
1 lb/ft3	=	16,018 kg/m3
KECEPATAN
1 km/h	=	0,62137 mile/h
1 km/h	=	0,27778 m/s
1 km/h	=	0,91134 ft/s
1 km/h	=	0,53996 knots
1 mile/h	=	1,6093 km/h
1 m/s	=	3,6 km/h
1 ft/s	=	1,092728 km/h
1 knots	=	1,852 km/h
VOLUME
1 cm3	=	0,061024 in3
1 m3	=	35,315 ft3
1 L	=	10-3 m3
1 L	=	0,0353 ft3
1 in3	=	16,387 cm3
1 ft3	=	0,028317 m3
1 galon	=	0,13368 ft3
1 galon	=	3,7854 x 10-3 m3
GAYA
1 N	=	1 kg.m/s2
1 N	=	0,22481 lbf
1 lbf	=	32,174 lb.ft/s2
1 lbf	=	4,4482 N
TEKANAN
1 pa	=	1 N/m2
1 bar	=	105 N/m2
1 atm	=	1,01325 bar
1 lbf/in2	=	6894,8 Pa
1 lbf/in2	=	144 lbf/ft2
1 atm	=	14,696 lbf/in2
ENERGI DAN ENERGI SPESIFIK
1 J	=	1 N.m
		0,73756 ft.lbf
1 KJ	=	737,56 ft.lbf
1 KJ	=	0,9478 Btu
1 KJ/kg	=	0,42992 Btu/lb
1 ft.lbf	=	1,35582 J
1 Btu	=	778,17 ft.lbf
1 Btu	=	1,0551 kJ
1 Btu/lb	=	2,326 kJ/kg
1 kcal	=	4,1868 kJ
LAJU PERPINDAHAN ENERGI
1 W	=	1 J/s
		3,413 Btu/h
1 Kw	=	1,341 hp
1 Btu/h	=	0,293 W
1 hp	=	2545 Btu/h
1 hp	=	550 ft.lbf/s
1 hp	=	0,7457 Kw
KALOR SPESIFIK
1 Kj/kg.K	=	0,238846 Btu/lb.°R
1 kcal/kg.K	=	1 Btu/lb.°R
1 Btu/lb.ºR	=	4,1868 Kj/kg.K
PERCEPATAN STANDAR DARI GRAVITASI
g	=	9,80665 m/s2
g	=	32,174 ft/s2
TEKANAN ATMOSFER STANDAR
1 atm	=	1,01325 bar
1 atm	=	14,696 lbf/in2
HUBUNGAN TEMPERATUR
T (°R)	=	1,8 T (K)
T (°C)	=	T (K) – 273,15
T (°F)	=	T (°R – 459,67