1. Pendahuluan termodinamika (introduction to thermodynamics)

pendahuluan termodinamika oleh Tri Ayodha

1. PENDAHULUAN
TERMODINAMIKA TEKNIK
Tri Ayodha Ajiwiguna

2. Definisi
Secara bahasa Thermodynamics berasal dari dua kata yaitu
●Therme yang berarti panas
●Dynamis yang berarti gaya/gerak.
Secara istilah:
–branch of physics concerned with heat and temperature and their relation to
energy and work (wikipedia)
–the science concerned with the relations between heat and mechanical energy
or work, and the conversion of one into the other: modern thermodynamics
deals with the properties of systems for the description of which
temperature is a necessary coordinate. (www.dictionary.com)
–Thermo-dynamics is the subject of the relation of heat to forces acting
between contiguous parts of bodies, and the relation of heat to electrical
agency (Kelvin)

3. Perkembangan
●Berawal dari mesin uap dan efisiensinya
(Carnot-1824)
●Definisi Termodinamika (Kelvin-1854)
●Pada awalnya diterpakan di mesin-mesin
mekanik
●Kemudian berkembang ke senyawa kimia dan
reaksinya
●Kemudian seiring dengan berkembangnya
fisika partikel, termodinamika diterapkan secara
statistik pada fisika kuantum.

4. Aplikasi
wikipedia http://www.coolspringpowermuseum.org
https://pixabay.com Infinity Air Solutions

5. Sistem dan Lingkungan
Sistem: sesuatu yang ingin dipelajari,
direkayasa, diamati
Lingkungan: Selain dari sistem
Boundary: batas imaginer antara sistem
dan lingkungan
http://nptel.ac.in

6. Jenis Sistem
Close system/Mass control
https://en.wikipedia.org
Open system/volume control
http://www.hkdivedi.com

7. Problem
http://www.leonics.com
Air panas dihasilkan oleh kolektor panas
sinar matahari seperti pada gambar
samping. Jika kolektor panas adalah
sistem tentukan batas sistem dan jelaskan
peristiwa yang terjadi. Ulangi pertanyaan
untuk sistem yang memasukkan tangki
penyimpanan dan pipa penghubung.

8. Sistem Internasional (SI)Sistem Inggris
Besaran Satuan Simbol Satuan Simbol
Massa kilogram kg pound massalb
Panjang meter m feet ft
Waktu detik s detik s
gaya Newton N Pound gayalbf
Sifat sistem seperti massa, volume, energi, tekanan, dan temperatur, merupakan
karakteristik makroskopik.
Sifat terbagi dua, yaitu sifat ekstensif di mana kuantitas dari sifat tersebut
merupakan penjumlahan dari bagian dari sistem tersebut. Contohnya : massa,
volume, energi, dll.
Sifat yang kedua adalah sifat intensif di mana kuantitas sifat tersebut tidak
dipengaruhi oleh ukuran sistem. Contoh : temperatur, tekanan, dll.
Terminologi
1 ft = 0,3048 m12 inchi = 1 ft 1 lbf = 32,1740 lb.ft/s
2

9. Terminologi
Keadaan merupakan kondisi sistem yang dapat ditentukan oleh sifatnya.
Proses adalah perubahan keadaan sistem akibat perubahan sifatnya.
Siklus termodinamika adalah suatu urutan proses yang berawal dan berakhir dengan
kondisi sama.

Keadaan tunak adalah kondisi di mana tidak ada satupun sifat pada sistem yang
berubah terhadap waktu.
Fase menggambarkan sejumlah materi yang homogen dalam komposisi kimia dan
struktur fisisnya. Homogenitas dalam struktur fisis dicirikan oleh seluruh materi dalam
keadaan padat, cair, uap, atau gas.
Keadaan kesetimbangan dalam termodinamika adalah kesetimbangan menyeluruh,
baik mekanis, panas, fase, dan kimia.
Zat murni adalah sesuatu yang memiliki komposisi kimia yang sama dan tetap.

10. Terminologi
●Konversi satuan

11. Sifat spesifik
Secara definisi suatu zat untuk setiap satu satuan massa.
●Volume spesifik: besarnya volume suatu zat untuk setiap satuan massanya.
Besaran ini merupakan kebalikan dari rapat massa/massa jenis
●Dalam termodinamika teknik, besaran lain juga sering ditinjau secara
spesifik: entalpi (kJ/kg), energi dalam (kJ/kg), entropi (kJ/(kg.K).

12. Terminologi
Sebuah tabung gas bervolume 20 m
3, berisi 15 kg gas CO
2. Kemudian ke dalam tabung
dimasukkan 15 kg gas CO
2. Beberapa saat kemudian terdapat lubang kecil pada tabung
sehingga terjadi kebocoran gas.
• Tentukan volume spesifik awal dalam tabung dan setelah ditambah lagi gas
• Gambarkan grafik jumlah gas CO
2. yang lepas ke udara terhadap volume spesifik gas
dalam tabung hingga v
sama dengan 1 m
3/kg

13. Problem
Sebuah sistem berisis oksigen cair yang berada dalam keadaan kesetimbangan
dengan uap oksigen. Tentukan jumlah fase yang terjadi? Sistem mengalami
penguapan di mana oksigen cair menjadi oksigen uap. Apakah sistem tersebut bisa
dipandang sebagai zat murni? Jelaskan!

14. Mendapatkan informasi sifat zat
Termodinamika teknik berbeda dengan termodinamika mikroskopik. Sifat zat sering kali
diketahui dengan menggunakan table sifat zat.
p= 1,0 MPa p= 1,5 MPa
T(
O
C) v(m
3
/kg) T(
O
C) v(m
3
/kg)
200 0,2060 200 0,1325
240 0,2275 240 0,1483
280 0,2480 280 0,1627
Tabel di atas merupakan contoh dari tabel sifat uap air berdasarkan tekanan dan
temperatur. Misalkan ingin dikethahui berapa volume spesifik uap air pada tekanan 1
MPa dan 240
o
C. Maka dengan tabel itu dapat diketajui bahwa nilai volume
spesifiknya adalah 0.2275 m
3
/kg.
Pertanayaan selanjutnya, bagaimana jika temperatur atau tekanan tidak terdapat di
tabel. Contohnya: Berapa volume spesifik pada tekanan 1 MPa dan temperatur 220
o
C?

15. Mendapatkan informasi sifat zat cc
Interpolasi linier: mengasumsikan sifat zat berubah secara linear diantara dua titik
Temperatur 220
o
C terletak diantara 200 dan 240
o
C. Jika kita plot kedua titik yang
diketahui menjadi:
Ini artinya pada tekanan 1 Mpa dan 220
o
C, uap air akan memiliki volume
spesifik sebesar 0.21675 m
3
/kg

16. p= 1,0 MPa p= 1,5 MPa
T(
O
C) v(m
3
/kg) T(
O
C) v(m
3
/kg)
200 0,2060 200 0,1325
240 0,2275 240 0,1483
280 0,2480 280 0,1627
tentukanlah :
• Volume spesifik pada T = 240
OC, p = 1,25 MPa
• Temperatur pada p = 1,25 MPa, v = 0,1555 m
3/kg
• Volume spesifik pada T = 220
OC, p = 1,4 MPa
Mendapatkan informasi sifat zat

17. Latihan
Sistem silinder torak bervolume 1 L berisis gas dengan tekanan awal p1 = 1 bar. Kemudian
torak ditekan hingga mencapai tekanan akhir p2 = 4 bar.
• Jika hubungan tekanan dan volume selama proses kompresi mengikuti pV = tetap,
tentukan volume dalam L pada tekanan 3 bar. Gambarkan pula hubungan tekanan –
volume selama proses
• Ulangi pertanyaan untuk suatu hubungan linier antara tekanan – volume pada akhir yang
sama.

18. Tekanan dan Temperatur
●Tekanan didefinisikan sebagai rasio antara gaya dengan luas permukaannya.
●Tekanan Absolut, gage, dan atmosfer

19. Tekanan dan Temperatur
●Temperatur adalah suatu besaran yang menunjukkan seberapa
panas atau dingin suatu objek.

20. Tekanan dan temperatur
●Berapa tekanan di absolut di dalam laut yang kedalamannya 100 m.
Asumsikan air laut memiliki massa jensi 1060 kg/m
3

21. Tekanan dan Temperatur
●Temperatur adalah besaran yang menunjukkan seberapa panas atau
dingin suatu objek