HUKUM 1 THERMODINAMIKA - agungk47.files.wordpress.com · THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc...
Transcript of HUKUM 1 THERMODINAMIKA - agungk47.files.wordpress.com · THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc...
HUKUM 1 THERMODINAMIKA Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc
Politeknik Negeri Malang
Kapasitaspanas
Jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan 1 derajat satuan
suhu suatu bahan yang memiliki massa atau mol 1 satuan massa
atau mol
Satuan :
J/gr K atau J/mol K atau bentuk satuan yang lain
Bisa dirumuskan
𝐶 =𝑑𝑄
𝑑𝑇
= 𝑛𝑑∆𝐻
𝑑𝑇𝑎𝑡𝑎𝑢 = 𝑛
𝑑𝑈
𝑑𝑇
KapasitasPanas padaVolume Konstan
Pada Proses Volume Konstan
Q = n U 𝐶 =𝑑𝑄
𝑑𝑇
Kapasitas panas dari sebuah bahan pada volume konstan dinyatakan
dalam symbol (Cv), dimana Cv didefinisikan sebagai :
𝐶𝑣 =𝜕𝑈
𝜕𝑇𝑣
𝑑𝑈 = 𝐶𝑣 𝑑𝑇 ===> 𝑉 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛
∆𝑈 = න𝑇1
𝑇2
𝐶𝑣 𝑑𝑇
𝑄 = 𝑛 ∆𝑈 = 𝑛න𝑇1
𝑇2
𝐶𝑣 𝑑𝑇
= 𝑛 𝐶𝑣 ∆𝑇
KapasitasPanas padaTekananKonstan
Pada Proses Tekanan Konstan
Q = n H
Kapasitas panas dari sebuah bahan pada tekanan konstandinyatakan dalam symbol (Cp), dimana Cp dirumuskan :
𝐶𝑝 =𝜕𝐻
𝜕𝑇 𝑝
𝑑𝐻 = 𝐶𝑝 𝑑𝑇 ===> 𝑃 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛
∆𝐻 = න𝑇1
𝑇2
𝐶𝑝 𝑑𝑇
𝑄 = 𝑛 ∆𝐻 = 𝑛න𝑇1
𝑇2
𝐶𝑝 𝑑𝑇
= 𝑛 𝐶𝑝∆𝑇
KapasitasPanas padaTekananKonstan
Kapasitas panas sebagai fungsi suhu dinyatakan dalam bentuk
𝐶𝑝
𝑅= 𝐴 + 𝐵𝑇 + 𝐶𝑇2 + 𝐷𝑇−2
𝑄 = 𝑛𝑅න𝑇1
𝑇2
𝐴 + 𝐵𝑇 + 𝐶𝑇2 + 𝐷𝑇−2 𝑑𝑇
Nilai konstanta A, B, C dan D adalah tertentu dan berbeda untuk
setiap zat. (Appendiks C buku Smith Van Ness)
Neraca Massa danEnergi Untuk SistemTerbuka
Perbedaansystem terbuka dantertutup
Ilustrasi sistem tertutupIlustrasi sistem terbuka
Reactor BatchContinuous Stirred Tank Reactor
SistemTerbuka
Pada sistem terbuka terdapat beberapa besaran yang digunakan, yaitu
Laju alir massa ( m = kg/s)
Laju alir mol (n = mol/s)
Laju alir volume ( q = m3/s)
Kecepatan aliran (v = m/s)
Jika sebuah pipa memiliki inside diameter (ID), maka luaspenampang (A) dari pipa tersebut dinyatakan dalam
𝐴 =𝜋
4𝐼𝐷 2
Laju alir volume (q) diperoleh sebagai hasil kali antara kecepatandengan luas penampang pipa
𝑞 = 𝑣 𝑥 𝐴
SistemTerbuka
Laju alir massa (m) diperoleh dari hubungan antara massa, volume
dan densitas. Dimana
𝑚 = 𝜌 𝑥 𝑞
𝑚 = 𝜌 𝑥 𝑣 𝑥 𝐴
Laju alir mol (n) diperoleh dengan membagi laju alir massa dengan
berat molekul dari bahan (Mr)
𝑛 =𝜌 𝑥 𝑣 𝑥 𝐴
𝑀𝑟
Problem
Liquid incompressible (𝜌 = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛) mengalir secara steady dalam
sebuah pipa yang diameternya bertambah seiring dengan panjang
pipa. Pada titik 1 (d=2,5 cm) kecepatannya 2 m/s, dan diameter titik
2 adalah 5 cm. Hitung
Kecepatan pada titik 2
Perubahan energi kinetic dari titik 1 ke 2
Neraca Massa Untuk SistemTerbuka
Control Surface
𝑑𝑚
𝑑𝑡+ ∆𝑚 = 0
Laju alir massa yang masuk dan
keluar dari control volume dinyatakan
dalam persamaan
∆𝑚 = 𝑚3 −𝑚2 −𝑚1
𝑚 = 𝜌 𝑥 𝑣 𝑥 𝐴
𝑑𝑚
𝑑𝑡+ ∆ (𝜌 𝑣 𝐴) = 0
Neraca Massa Untuk SistemTerbuka (Steady State)
Control Surface
𝑑𝑚
𝑑𝑡+ ∆ (𝜌 𝑣 𝐴) = 0
Steady state = akumulasi massa dalam sistem sama dengan nol ( ∆ (𝜌 𝑣 𝐴) = 0)
𝜌3𝑣3𝐴3 − 𝜌2𝑣2𝐴2 − 𝜌1𝑣1𝐴1 = 0
Karena nilai dari densitas berbandingterbalik dengan volume (V)
𝑣3𝐴3
𝑉3−
𝑣2𝐴2
𝑉2−
𝑣1𝐴1
𝑉1= 0
Persamaan Kontinuitas
PersamaanUmum NeracaEnergi
• Besarnya perubahan energi didalam control volume sebandingdengan energi yang masuk dan keluar dari control volume tersebut
• Setiap massa bahan mengandung energi total yang terdiri dari
𝑈 +1
2𝑣2 + 𝑧𝑔
• Total energi yang dibawa oleh suatu massa bahan adalah
(𝑈 +1
2𝑣2 + 𝑧) 𝑥 𝑚.
Control Surface
Jika dalam terdapat aliran keluar dan masuk pada
sistem
−∆ 𝑈 +1
2𝑣2 + 𝑧𝑔 𝑚
PersamaanUmum NeracaEnergi
Jumlah akumulasi energi dalam sistem juga dipengaruhi oleh besarnya panas(Q) dan kerja (W)
𝒅(𝒎𝑼)
𝒅𝒕= − ∆ 𝑼 +
𝟏
𝟐𝒗𝟐 + 𝒛𝒈 𝒎 +𝑸+𝑾
Kerja :
1. Work Flow : Kerja yang terasosiasi dengan aliran fluida yang masuk dan
keluar dari sebuah system
2. Work Shaft (Ws) : Energi mekanik selain Work Flow yang dibutuhkan untuk
menggerakan suatu aliran, bisa dilakukan oleh pengaduk, pompa atau
kompresor
Work Flow
• Dimana pada titik masuk dan keluar fluida tersebut memiliki properti yang
terdiri dari P,V,U,H dan sebagainya.
• Jika fluida ini digerakan oleh sebuah piston yang melawan tekanan konstan P.
• Kerja total yang dilakukan oleh piston ini adalah −∆ 𝑃𝑉 𝑚 dimana tanda
− ∆ menunjukan perbedaan kerja masuk – keluar sistem.
PersamaanUmum NeracaEnergi
Jumlah akumulasi energi dalam sistem juga dipengaruhi oleh besarnya panas(Q) dan kerja (W)
𝒅(𝒎𝑼)
𝒅𝒕= − ∆ 𝑼 +
𝟏
𝟐𝒗𝟐 + 𝒛𝒈 𝒎 +𝑸+𝑾
Maka dapat dituliskan sebagai berikut
𝒅(𝒎𝑼)
𝒅𝒕= − ∆ 𝑼 +
𝟏
𝟐𝒗𝟐 + 𝒛𝒈 𝒎 + 𝑸 −∆ 𝑷𝑽 𝒎 + Ws
U + PV = H
𝒅(𝒎𝑼)
𝒅𝒕+ ∆ 𝑯+
𝟏
𝟐𝒗𝟐 + 𝒛𝒈 𝒎 = 𝑸+𝑾𝒔
PersamaanUmum NeracaEnergi Proses Steady State
𝒅(𝒎𝑼)
𝒅𝒕= 𝟎Proses Steady
∆ 𝑯 +1
2𝒗2 + 𝒛𝒈 𝒎 = 𝑸+𝑾𝒔
𝒅(𝒎𝑼)
𝒅𝒕+ ∆ 𝑯+
𝟏
𝟐𝒗𝟐 + 𝒛𝒈 𝒎 = 𝑸+𝑾𝒔
nilai kedua ruas dibagi dengan laju alir massa (m)
∆ 𝑯 +1
2𝒗2 + 𝒛𝒈 =
𝑸 +𝑾𝒔
𝒎
∆ 𝑯 +𝟏
𝟐𝒗𝟐 + 𝒛𝒈 = 𝑸+𝑾𝒔
Nilai semua besaran (termasuk
𝑸 𝐝𝐚𝐧𝑾𝒔) dalam persamaan baru ini
dalam satuan “Energi/massa”