Termodinamika Dasar II

Muhammad Basyrul ‘Arafah2014030748 – WTE 012

I. Tingkat Keadaan TermodinamikaII. Analisa Sistem Termodinamika

yang Mengandung Zat Kerja Uap

Dosen : Achmad Maulana Soehada, ST, M.Si

• Persamaan Gibbs• Persamaan gas ideal• Persamaan Tingkat Keadaan Aljabar Bagi suatu Cairan Inkompresibel• Persamaan diferensial tingkat keadaan

II. Analisa Sistem Termodinamika yang Mengandung Zat Kerja Uap• Berbagai Model Proses• Sistem tenaga UAP yang Khas (Siklus Rankine)

I. Tingkat Keadaan Termodinamika

• Penggunaan Siklus Rankine secara Sederhana• Berbagai Modefikasi Siklus Rankine lainnya• Penerapan Siklus Rankne untuk Berbagai Sistem Tenaga Nuklir• Sistem Refrigrasi Kompressi UAP (Kebalikan dari Siklus Rankine)

Persamaan Gibbs

Persamaan ini menyatakan bahwa untuk proses yang dilaksanakan pada tekanan konstan dan suhu T, jika perubahan entalpi dan entropi system itu sedemikian rupa sehingga ∆Hsis – T∆Ssis lebih kecil daripada nol, maka proses itu haruslah spontan.

Untuk menyatakan kespontanan reaksi secara lebih langsung, kita dapat menggunakan satu fungsi termodinamik lain yang disebut Energi Bebas Gibbs (G), atau lebih singkatnya ystem bebas (dari nama fisikawan Amerika Josiah Willard Gibbs):

Semua kuantitas dalam Persamaan di atas, berhubungan dengan ystem, dan T adalah suhu ystem. Dapat dilihat bahwa G mempunyai satuan ystem (baik H maupun TS adalah dalam satuan ystem). Sama seperti H dan S, G adalah fungsi keadaan.

Perubahan ystem bebas (∆G) suatu ystem pada proses pada suhu tetap ialah

∆G = ∆H – T∆S

G = H – TS

I. Tingkat Keadaan Termodinamika

Persamaan gas ideal

Persamaan keadaan suatu gas ideal. Persamaan ini merupakan pendekatan yang baik untuk karakteristik beberapa gas pada kondisi tertentu. Persamaan ini pertama kali dicetuskan oleh Émile Clapeyron tahun 1834 sebagai kombinasi dari Hukum Boyle dan Hukum Charles. Persamaan ini umum dituliskan sebagai

PV = tetapP1V1 = P2V2

Gas ideal dapat dicirikan oleh tiga variabel keadaan: tekanan mutlak (P), volume (V), dan suhu mutlak (T). Hubungan antara mereka dapat disimpulkan dari teori kinetik dan disebut

PV = nRT = NkTn = banyaknya molR = Universal gas konstan = 8,3145 J / mol KN = jumlah molekulk = konstanta Boltzmann = 1,38066 x 10-23 J / K = 8,617385 x 10-5 eV / Kk = R / NANA = Avogadro nomor = 6.0221 x 1023 / mol

Suatu persaman tingkat ke adaan aljabar dapat diformulasikan untuk suatu cairan dengan mengendalikannya sebagai inkompresibel yaitu P- konstat pwersaan tingkat ke adaan yang di idealisasikan ini sangat berguna dalam analisa terhadap berbagai pompa, nosel, pemanas cairan dan sebagai nya,yang bekerja jauh di bawah tekanan keritis atau dalam kisaran tekanan yang terbatas.

Persamaan ini juga berlaku bagi zat padat yang di idealisasikan sebagai incompresibel.Energy dalam dapat di nyatakan sebagai :

U=u(T)

Diferensial dan pendefinisian suatu panas sepesifik bagi cairan tersebut Du=c Dt

Di mana c==c(T)

Integrasi di antara dua tingkat keadaan,

U2 - U1 =(T)dT

Persamaan Tingkat Keadaan Aljabar Bagi suatu Cairan Inkompresibel

Persamaan diferensial tingkat keadaan

Persamaan diferensial dideskripsikan sebagai persamaan yang mengandung turunan dari variable tak bebas dan beberapa variabel bebas. Persamaan diferensial dapat juga mengandung variabel tak bebas itu sendiri.

Dalam persamaan diferensial, turunan dari sebuah variabel biasa digantikan dengan tanda petik tungal.

=

F = 0 bentuk implisit

= f bentuk eksplisit

    

 

   

 

 

 

 

 

 

 

BOILER

TURBIN

Qin

CONDENSER

PUMP

Qout

Wt

Wp

1

2

4

3

PERPINDAHAN PANAS YANG TERJADI ANTARA KOMPONEN DENGAN LINGKUNGAN DIABAIKAN;

KOMPONEN BEKERJA DALAM KEADAAN STEADY; ENERGI KINETIK DAN ENERGI POTENSIAL DIABAIKAN.

ASUMSI:

Berbagai Model Proses1. Proses Isoterm

Adalah merupakan perubahan keadaan gas pada suhu yang tetap. Proses isotermal merupakan proses termodinamika yang prosesnya berjalan dan suhu gasnya tetap. Persamaan umum gasnya adalah P.V= n.R.T.

Karena suhunya konstan, maka usaha yang dilakukan gas adalah

W= P.dV = n.R.T.dV/V

II. Analisa Sistem Termodinamika yang Mengandung Zat Kerja Uap

2. Proses IsokhorikJika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan,

gas dikatakan melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan (∆V = 0), gas tidak melakukan usaha (W = 0) dan kalor yang diberikan sama dengan perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume konstan QV.

3. Proses isobarik Merupakan proses termodinamika di

mana tekanannya konstan: ΔP = 0. Istilah ini berasal dari kata Yunani iso-, (sama), dan baros (massa). Panas dipindahkan ke sistem yang melakuukan kerja namun juga mengubah energi dalam sistem:

QV = ∆U

W=P(

4. Proses AdiabatikDalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar

(dilepaskan) oleh sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya (W = ∆U).

Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume masing-masing p1 dan V1 mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan volume gas berubah menjadi p2 dan V2, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai

Dimana γ adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 (γ > 1).

Sistem tenaga UAP yang Khas (Siklus Rankine)

Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya menggunakan air sebagai fluida yang bergerak. Siklus ini menghasilkan 80% dariseluruh energi listrikyang dihasilkan di seluruh dunia. Siklus ini dinamai untukmengenang ilmuwan Skotlandia, William John Maqcuorn Rankine.

Siklus Rankine adalah model operasi mesin uap panas yang secara umumditemukan di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus Rankineadalah batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahari.

Pada siklus Rankine sederhana (tanpa reheater) peralatan utama yang digunakan adalah pompa, boiler, turbin uap serta kondensor. Pada gambar di bawah ini merupakan diagram T–S yang sederhana dari siklus Rankine.

Penggunaan Siklus Rankine Secara Sederhana

Berbagai Modefikasi Siklus Rankine lainnya

Penerapan Siklus Rankne untuk Berbagai Sistem Tenaga Nuklir

Sistem Refrigrasi Kompressi UAP (Kebalikan dari Siklus Rankine)