termo1

Termodinamika Teknik I-1

BAB 1 PENGANTAR, KONSEP, DAN DEFENISI

TERMODINAMIKA

Materi Prasyarat :

Matematika Terapan I dan Fisika Terapan

Standar Kompetensi :

Mampu mendeskripsikan konsep dan defenisi termodinamika.

Kompetensi Dasar :

1. Mampu mengidentifikasi ruang lingkup penerapan termodinamika. 2. Mampu mendeskripsikan defenisi sistem tertutup dan terbuka. 3. Mampu mengklasifikasikan sifat-sifat terukur dan tak terukur zat. 4. Mampu mendeskripisikan sistematika penyelesaian problema

termodinamika.

Pendahuluan

Secara terminologi: kata ”termodinamika” berasal dari bahasa Yunani yang

terdiri dari dua unsur kata, therme (kalor) dan dynamics (tenaga gerak atau gaya).

Kajian termodinamika secara formal di mulai pada awal abad ke-19 melalui

pemikiran mengenai hubungan antara kalor/panas (heat) dan kerja (work).

Dewasa ini lingkup kajian termodinamika telah menjadi konsep umum tentang

energi (energy) dan sifat-sifat zat (properties of matter). Dalam penerapannya,

termodinamika merupakan rumpun bidang ilmu pengetahuan dan teknologi

(iptek) yang menggabungkan antara ilmu fisika dan ilmu teknik untuk dapat

menghasilkan suatu produk teknologi yang berguna bagi kehidupan manusia.

Tujuan bab ini adalah untuk memahami konsep dan defensisi termodinamika serta

sejumlah istilah ’umum’, namun memiliki makna khusus dalam ilmu

termodinamika.

1.1 Ruang Lingkup Aplikasi Termodinamika

Prinsip-prinsip termodinamika bersama ilmu pengetahuan teknik lainnya seperti

mekanika fluida, perpindahan kalor, dan perpindahan massa, digunakan untuk

menganalisis dan merancang produk teknologi di bidang pembangkitan

daya/energi, alat transfortasi, pengolahan zat/gas, dll. Gambar berikut ini menun-


jukkan beberapa aplikasi termodinamika dalam kehidupan sehari-hari.

Gambar 1.1 Berbagai bidang aplikasi termodinamika teknik

(Sumber: Moran, 2000 dan Cengel, 2002)

1.2 Defenisi Sistem

Dalam termodinamika, kata sistem (systems) digunakan untuk

mengidentifikasi subyek proses yang di analisis. Hal ini dimaksudkan untuk

memisahkan subyek proses dengan sekeliling atau lingkungannya (surroundings).

Sistem dipisahkan dengan lingkungannya oleh suatu permukaan atur (surface

control) atau batas sistem (boundary). Batasan ini dapat berbentuk nyata (ril) atau

khayalan (imajiner) serta dapat berada dalam keadaan diam atau bergerak,


misalnya udara yang dikompressi di dalam suatu tabung; udara bertekanan

merupakan sistem, dengan dinding tabung menjadi batasan ril dan diam terhadap

udara atmosfir, sedangkan sebongkah es (air padat) yang berada/melayang di

dalam air cair; bongkahan es merupakan sistem yang memiliki batasan imajiner

dan bergerak di dalam air cair karena sifat-sifat fisiknya berbeda. Jadi sistem

adalah suatu zat secara makroskopis yang mengalami proses dalam suatu

batasan dan dapat berinteraksi dengan lingkungannya dalam bentuk perpindahan

massa dan/atau perpindahan energi. Sistem-sistem termodinamika dibedakan

atas dua jenis, yaitu sistem tertutup (closed systems) atau massa atur (mass

control) dan sistem terbuka (open systems) atau volume atur (control volume).

Sistem tertutup dinyatakan apabila pengkajian hanya dilakukan pada

materi dalam jumlah tertentu dan jenis yang sama karena tidak terjadi perpindahan

massa melalui batasan sistem. Jenis khusus dari sistem tertutup yang tidak dapat

berinteraksi dengan cara apapun dengan lingkungnya disebut sistem terisolasi.

Gambar 1.2 memperlihatkan gas yang berada dalam susunan silinder-piston. Pada

saat katup hisap dan katup buang tertutup, gas (udara dan bahan bakar) yang

sedang atau telah terbakar tersebut dapat dikatakan sebagai sistem tertutup, batas

sistem ialah dinding silinder dan permukaan piston yang ditandai dengan garis

putus-putus.

Gambar 1.2 Contoh Sistem Tertutup (Sumber: Moran, 2000)

Sistem terbuka atau volume atur dinyatakan apabila selama analisis,

sedang terjadi aliran massa zat masuk dan keluar melewati batas sistem. Pada

gambar 1.3a tampak diagram sebuah mesin otomotif, yang secara skematik untuk


analisis termodinamikanya diperlihatkan pada gambar 1.3b. Kedua gambar

tersebut menunjukkan salah satu model volume atur di mana udara dan bahan

bakar yang masuk serta gas buang (campuran udara dan bahan bakar) keluar

merupakan sistem sedangkan batas sistem ditandai dengan garis putus-putus.

Gambar 1.3 Contoh Sistem Volume Atur (Sumber: Moran, 2000)

1.3 Sistem dan Perilakunya

Terminologi dan konsep yang dipergunakan untuk menjelaskan sistem dan

perilakunya dalam analisis termodinamika diperkenalkan pada subbab ini.

Tinjauan Termodinamika Mikroskopik dan Makroskopik

Sistem dapat dikaji berdasarkan tinjauan mikroskopik dan makroskopik.

Pada pendekatan termodinamika mikroskopik atau dikenal sebagai termodinamika

statistik, pengkajian dilakukan secara langsung pada tingkat struktur dari materi,

dengan tujuan mempelajari perilaku rata-rata partikel penyusun sistem dalam

pengkajian dengan menggunakan pengertian statistik dan menghubungkan

informasi yang didapat dengan hasil observasi perilaku sistem secara

makroskopik.

Pada pendekatan makroskopik, perilaku termodinamika dikaji secara

keseluruhan berdasarkan sifat-sifat termodinamika zat yang dapat terukur dalam

besaran intensif. Model struktur materi pada tingkat molekuler, atomik, dan sub-

atomik tidak dipergunakan secara langsung, meskipun perilaku sistem dipengaruhi

oleh struktur molekulernya. Pendekatan ini juga sering dikenal sebagai

termodinamika klasik.


Pada aplikasi laser, plasma, aliran gas kecepatan tinggi, kinetika kimia,

kajian kriogenik, dll, metode termodinamika statistik sangatlah penting. Lebih

lanjut pendekatan mikroskopik merupakan instrumen untuk menghasilkan data

tertentu, contohnya kalor spesifik gas ideal. Sedangkan pada aplikasi teknik

umumnya, termodinamika klasik (makroskopik) bukan saja memberikan

pendekatan analisis dan prancangan yang lebih jelas namun juga menggunakan

pemodelan matematika yang lebih sederhana.

Sifat, Keadaan, dan Proses

Pengetahuan tentang sifat sistem dan bagaimana korelasi yang ada

sangatlah penting dalam memahami sistem dan memprediksi perilaku sistem

tersebut. Sifat zat/sistem (property of matter) adalah karakteristik makroskopik

sistem, di mana nilai numeriknya dapat diberikan pada suatu waktu tertentu tanpa

mengetahui sejarah atau proses yang telah dialami oleh sistem itu sendiri. Sifat-

sifat termodinamika sistem dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu sifat

ekstensif dan sifat intensif. Sifat ekstensif (extensive property) adalah nilai

keseluruhan sistem yang merupakan penjumlahan nilai dari setiap bagian yang

menyusun sistem tersebut. Sifat ini dipengaruhi oleh ukuran sistem (massa dan

jumlah mol) dan dapat berubah menurut waktu. Massa (kg), volume (m3), dan

energi (joule) merupakan contoh sifat ekstensif. Sifat intensif (intensive

property) adalah nilai yang tidak dapat diakumulasikan seperti pada sifat

ekstensif. Nilai sifat ini tidak dipengaruhi oleh ukuran sistem (massa atau jumlah

mol) dan dapat bervariasi di setiap bagian sistem pada waktu yang berbeda.

Temperatur (oC), tekanan (Pa), dan volume spesifik (m3/kg), merupakan contoh

sifat intensif.

Keadaan (state) merupakan kondisi sistem yang dapat ditentukan oleh nilai

sifatnya. Mengingat bahwa terdapat hubungan antara sifat-sifat sistem, maka

keadan dapat ditentukan berdasarkan nilai pasangan sifatnya begitu pula nilai

sifat-sifat yang lain. Sebuah sistem dikatakan keadaan tunak (steady state) jika

tidak satu pun sifatnya berubah terhadap waktu.


Proses adalah transformasi dari suatu keadaan ke keadaan lainnya yang

berbeda pada dua saat yang berbeda pula. Hal ini ditandai oleh terjadinya

perubahan satu atau lebih sifat-sifat sistem. Jika sistem menunjukkan nilai

sifatnya yang tetap pada dua saat yang berbeda, maka sistem dapat dikatakan

berada dalam keadaan yang sama. Beberapa jenis proses yang dapat dialami oleh

suatu sistem di mana salah satu sifatnya tetap/konstan a.l.

- Proses temperatur konstan (isothermal),

- Proses tekanan konstan (isobarik),

- Proses volume konstan (isometris),

- Proses entropi konstan (isentropis),

- Proses entalpi konstan (throttling),

- Proses adiabatik yaitu proses dengan perpindahan panas sama dengan nol

(sistem tidak mengalami interaksi panas dengan lingkungannya).

Secara umum proses-proses tersebut dikelompokkan dalam bentuk perpindahan

energi dalam bentuk panas (kalor) dan kerja (kompressi dan ekspansi).

Jika sistem/zat mengalami serangakaian proses yang berawal dan berakhir

pada keadaan yang sama, maka sistem tersebut dikatakan mengalami siklus

termodinamika. Dalam aplikasi teknik, siklus termodinamika ini memberikan

peran pada mesin-mesin pembangkitan daya serta mesin-mesin

pembangkit/penyerap kalor.

Fase dan Zat Murni

Fase (phase) menggambarkan sejumlah materi yang homogen dalam

komposisi kimia maupun struktur fisiknya. Homogenitas dalam struktur fisik

berarti bahwa materi tersebut seluruhnya berada dalam kondisi padat, cair, uap

atau gas. Suatu sistem dapat terdiri dari satu fase atau lebih. Contoh, suatu sistem

cairan air dan uap air merupakan sistem dua fase.

Zat murni (pure substance) adalah sistem yang memiliki komposisi kimia

sama dan tetap. Zat murni dapat muncul dalam keadaan satu fase atau lebih,

namun komposisi kimianya harus sama dan tetap dalam setiap fasenya. Contoh,

jika cairan air dan uap air membentuk sistem berfase dua, maka sistem tersebut


dapat dianggap sebagai zat murni karena setiap fase memiliki komposisi kimia

yang sama

Kesetimbangan

Keadaan kesetimbangan (equilibrium state) adalah keadaan yang

ditunjukkan oleh sifat-sifat sistem pada waktu dan tempat tertentu tanpa

dipengaruhi oleh keadaan disekitarnya. Dalam mekanika kondisi kesetimbangan

dicapai oleh gaya-gaya yang sama besar dan bekerja berlawanan arah. Dalam

termodinamika, konsep kesetimbangan lebih luas karena mencakup

kesetimbangan mekanis, panas (thermal), dan kimia.

Kesetimbangan panas (thermal) dicapai apabila dua sistem memiliki

temperatur sama, interaksi kedua sistem hanya melalui perubahan energi dalam.

Sedangkan kesetimbangan mekanis dicapai apabila dua sistem memiliki

temperatur dan tekanan yang sama, interaksi kedua sistem terjadi melalui

perubahan energi dalam dan perubahan volume sistem. Untuk kesetimbangan

kimia dua sistem harus memiliki temperatur dan potensi energi per satuan mol

yang sama, interaksi kedua sistem terjadi melalui perubahan energi dalam dan

jumlah mol. Ke dua sistem tersebut di atas, berada dalam suatu ruang yang ter-

isolasi dan dipisahkan oleh dinding permeable.

1.4 Sifat-Sifat Termodinamika Zat yang Terukur

Tiga sifat intensif yang penting dan mampu ukur dalam termodinamika

teknik ialah volume spesifik (v), tekanan (p), dan temperatur (T). Ke tiga sifat ini

sangat berguna dalam proses analisis termodinamika, baik untuk analisis teoritis

maupun untuk analisis praktis terhadap keadaan komponen proses termodinamika,

khususnya tekanan dan temperatur.

Volume Spesifik (v)

Volume spesifik didefenisikan sebagai kebalikan densitas, v = 1/ρ, yaitu

volume persatuan massa, dengan satuan SI m3/kg atau cm3/g sedangkan dalam

satuan Inggris ft3/lb. Volume spesifik merupakan sifat intensif dan dapat berbeda


dari satu titik ke titik lain, dengan kata lain nilainya akan berubah sebagai fungsi

dari perubahan nilai sifat-sifat yang lain. Pada aplikasi tertentu, penulisan volume

spesifik akan lebih mudah jika diberikan dalam basis molar. Jumlah mol suatu

senyawa (n) diperoleh dengan membagi massa (m) dalam satuan kg atau lb

dengan berat molekulnya (M) dalam satuan kg/kmol atau lb/lbmol; atau secara

matematis;

Mmn= (1.1)

Nilai M ini dapat diperoleh pada Tabel A-1 atau Tabel A-1E. Untuk menandai

suatu sifat berbasis molar, digunakan garis atas (bar) pada penulisan simbolnyav .

Hubungan v dengan v dapat ditulis sebagai,

vv .M= (1.2)

Tekanan (p)

Tekanan (p) adalah gaya normal (tegak lurus) dalam satuan Newton (N)

yang terjadi pada suatu permukaan bidang dalam satuan luas (m2), secara

matematis ditulis:

AnormalF

p= (1.3)

dengan p adalah tekanan yang bersatuan Pascal (Pa) atau [N/m2] dalam satuan SI.

Tekanan dalam satuan Inggris adalah lbf/ft2 atau lbf/in2. Satuan turunan dari

Pascal (Pa) yaitu kilopascal (kPa), megapascal (MPa), atau bar (1 bar = 105 Pa).

Bentuk lain satuan tekanan ialah tekanan berdasarkan tekanan atmosfer di

permukaan bumi. Nilai referensi standar untuk atmosfer dan dibandingkan dengan

satuan tekanan yang lain adalah:

25

inlbf69614Pa10x 1,01325 (atm)atmosferstandar1 ,==

Untuk suatu fluida dalam keadaan diam, tekanan dapat berbeda dari suatu

titik ke titik yang lain, misalnya perubahan tekanan atmosfer terhadap ketinggian

dan perubahan tekanan air terhadap kedalaman laut, danau, atau benda lain yang

berisi air. Selanjutnya untuk suatu fluida yang mengalir, gaya yang bekerja pada


bidang yang melintasi suatu titik dalam fluida dapat diuraikan menjadi tiga

komponen yang saling tegak lurus, yaitu satu komponen tegak lurus terhadap

bidang dan dua komponen sejajar bidang. Jika diberikan dalam basis luas bidang,

komponen yang tegak lurus (normal) terhadap bidang disebut tegangan normal

(normal stress), sedangkan dua komponen yang sejajar bidang disebut tegangan

geser (shear stress).

Tekanan yang dimliki oleh suatu sistem disebut tekanan absolut dengan

simbol p(absolut), sedangkan tekanan absolut disekitar/setempat sistem disebut

tekanan atmosfer absolut dengan simbol patm(absolut). Perbedaan antara

tekanan absolut dengan tekanan atmosfer absolut disebut sebagai tekanan

gage/pengukuran (gage pressure) dengan simbol p(gage) atau tekanan vakum

(vacuum pressure) dengan simbol p(vakum). Istilah tekanan gage digunakan jika

tekanan sistem lebih tinggi dari tekanan atmosfer setempat,

p(gage) = p(absolut) - patm(absolut) (1.4) Jika tekanan atmosfer setempat lebih tinggi dari tekanan sistem, maka digunakan

istilah tekanan vakum,

p(vakum) = patm(absolut) - p(absolut) (1.5) Hubungan antar berbagai istilah pengukuran tekanan ditunjukkan pada

gambar 1.4 berikut ini.

Gambar 1.4 Hubungan antara tekanan: absolute, atmosfer, gage, dan vakum


Alat ukur yang sering/umum digunakan pada pengukuran tekanan ialah

manometer dan pipa Bourdon (Bourdon tube). Manometer seperti yang

ditunjukkan pada gambar 1.5 memiliki memiliki satu ujung terbuka ke atmosfer

dan satu ujung yang lain terhubung dengan bejana tertutup yang berisi gas dengan

tekanan yang seragam. Dengan menerapkan persamaan (1-4), perbedaan tekanan

antara tekanan gas dan atmosfer ialah

Lgpp atm ρ=− (1.6)

yang mana ρ adalah densitas cairan manometer, g adalah percepatan gravitasi, dan

L adalah perbedaan tinggi muka cairan manometer. Dalam berbagai aplikasi

cairan manometer dapat berupa air raksa (mmHg), air (mH2O), dll.

Gambar 1.5 Contoh pengukur tekanan dengan manometer

Untuk pipa Bourdon, diperlihatkan pada gambar 1.6, yang memperlihatkan

pipa melengkung dengan penampang elips di mana satu ujung terhubung dengan

tekanan yang diukur dan ujung yang lain terhubung ke penunjuk melalui sebuah

mekanisme. Jika fluida bertekanan memenuhi pipa, penampang pipa berbentuk

elips akan berubah menjadi lingkaran, dan pipa cenderung melurus. Pergerakan

semacam ini diteruskan dengan sebuah mekanisme ke jarum penunjuk.

Pergerakan jarum penunjuk dikalibrasi dengan tekanan yang diketahui, sehingga

dapat dibuat sebuah skala tekanan dengan satuan yang diinginkan. Pipa Bourdon

ini mengukur tekanan relatif terhadap tekanan lingkungannya, sehingga jarum

penunjuk akan menunjukkan angka nol (defleksi minimum) jika tekanan di dalam

sama dengan tekanan di luar pipa.


Gambar 1.6 Contoh alat ukur tekanan dengan tabung Bourdon

Temperatur (T)

Secara umum, suhu (temperatur) merupakan konsep intuisi yang

menyatakan perasaan ’panas’ dan ’dingin’ yang dihasilkan oleh indera manusia

terhadap suatu benda. Oleh karena keterbatasan indera manusia maka perlu

digunakan skala pengukuran yang dapat menunjukkan nilai temperatur yang lebih

cermat. Skala temperatur ditunjukkan oleh nilai numerik yang berhubungan

dengan suatu titik standar tertentu. Berdasarkan persetujuan internasional,

digunakan titik standar berupa titik tripel (triple point) air (H2O) yang

menunjukkan keadaan kesetimbagan antara fase air berupa: es (padat), cairan, dan

uap (gas).

Dalam penerapannya, skala temperatur terdiri atas empat jenis, yang

semuanya mengacu pada titik standar (triple point) air, yakni: skala Kelvin (K),

skala Celcius (oC), skala Rankine (oR), dan skala Fahrenheit (oF). Perbandingan

skala temperatur tersebut ditunjukkan pada gambar 1.7, dengan hubungan

kesetaraan skala temperatur yang satu dengan yang lainnya ialah sebagai berikut.

Berbagai metode yang digunakan dalam pengukuran nilai temperatur antara

lain: Termometer yaitu pemanfaatan sifat termometrik atau skala pemuaian zat;

Termokopel yaitu pemanfaatan efek termoelektrik (tegangan) yang dapat

dibangkitkan oleh ujung dari dua jenis logam yang ujung lainnya dikopel;


Termistor yaitu pemanfaatan perubahan nilai tahanan material sebagai akibat dari

perubahan temperatur.

32 )C(8,1F)(67,594- )R(F)(

)K(8,1R)(273,15- )K(C)(

oo

oo

o

o

+=

=

=

=

TTTT

TTTT

(1.7)

Gambar 1.7 Perbandingan skala temperatur

1.5 Teknik Penyelesaian Problem Termodinamika

Penyelesaian problem termodinamika harus dilaksanakan secara cermat dan

sistematis sehingga hasil yang diperoleh menjadi optimal. Penyelesaian yang

terburu-buru dengan langsung menerapkan persamaan yang diperlukan akan

mempersulit permasalahan. Penyelesaian yang cermat dan sistematis menggunkan

lima tahap secara berurut sebagai berikut.

Diketahui : Tuliskan dengan menggunakan kalimat sendiri, apa yang telah

diketahui terhadap proses yang dialami oleh sistem. Dalam hal ini masalah

wajib dibaca dengan teliti dan cermat.

Ditanyakan : Tuliskan secara singkat apa yang ditanyakan.


Gambar skema dan data yang tersedia : Gambarkanlah skema sistem.

Tentukanlah –apakah sistem tertutup atau volume atur- yang sesuai untuk

dianalisis, kemudian tetapkan batas sistem. Tandailah diagram tersebut

dengan informasi yang tersedia dan berkaitan. Catatlah semua nilai yang

diberikan untuk berbagai sifat atau nilai lain yang mungkin bermanfaat

dalam perhitungan dan perhatikan sistem satuan yang akan digunakan.

Gambarkan sketsa diagram sifat. Tetapkan lokasi titik-titk penting, jika

memungkinkan gambarkan pula proses yang terjadi dalam sistem tersebut.

Sketsa sistem dan diagram sifat sangat penting sebagai petunjuk bagi

permasalahan yang ada

Asumsi-Asumsi : Dalam membuat model dari permasalahan yang ada,

susunlah asumsi-asumsi dan idealisasi, yang dilakukan untuk

menyederhanakan permasalahan berdasarkan keterangan yang diberikan

atau kenyataan fisik yang masuk akal untuk permasalahan tersebut.

Analisis : Berdasarkan asumsi dan idealisasi yang digunakan, tetapkanlah

persamaan utama yang sesuai dan hubungan yang akan dibentuk sehingga

dapat diperoleh hasil yang diinginkan. Sedapat mungkin pergunakanlah

persamaan yang ada hingga didapat persamaan penyelesaian yang sederhana

sebelum data numerik disubstitusikan. Jika bentuk persamaan akhir yang

lebih sederhana telah diperoleh, tentukannlah data tambahan apakah yang

dibutuhkan, termasuk; tabel, grafik, maupun persamaan karakteristik lainnya.

Pada tahap ini penggunaan sketsa diagram karakteristik dapat memperjelas

kondisi dan proses yang terjadi. Apabila semua persamaan dan data telah

tersedia, masukkanlah nilai numerik ke dalam persamaan akhir. Periksalah

dengan seksama, apakah satuan yang dipakai telah sesuai dan konsisten

penggunaannya, sebelum perhitungan dilakukan. Akhirnya, pertimbangkan-

lah apakah tanda dan besarnya nilai numerik dapat diterima (masuk akal).


Latihan Penyelesaian Soal

Contoh 1.1 : Tekanan

Gambar C1.1 di samping menun-jukkan susunan tangki di dalam tangki yang masing-masing berisi udara. Pengukur tekanan A yang terletak di tangki B, menunjukkan 1,4 bar. Manometer tabung U terhubung tangki B berisi air raksa. Dengan mempergunakan data yang tersedia di dalam gambar, hitunglah tekanan absolut di dalam tangki A dan tangki B[bar]. Diketahui tekanan atmosfer disekitar tangki B; patm=101 kPa dan percepatan gravitasi g = 9,81 m/s2.

Penyelesaian: Diketahui: Tanki A berada di dalam tanki B Ditanyakan: Berapa tekanan absolut di kedua tanki Gambar skema dan data yang tersedia: Seperti pada gambar C1.1 Asumsi: Tidak ada Analisis: Persamaan yang dikembangkan adalah persamaan (1-4) yakni: p(gage) = p(absolut) - patm(absolut) Jadi tekanan absolut di tanki B adalah; p(absolut; B) = p(manometer) + patm(absolut) p(absolut; B) = ρ.g.h + patm(absolut)

2

2

236

3

33 10110x20x81,9x10

x10

x59,13)Babsolut;(mkN

cmmcm

sm

mcm

grkg

cmgrp +=

−

−

222 66,12710166,26)Babsolut;(mkN

mkN

mkNp =+=

kPap 66,127)Babsolut;( = sedangkan tekanan absolut tanki A adalah; p(absolut;A) = p(gage;A) + p(absolut;B)


kPap

kPabarkPaxbarp

66,267)Aabsolut;(

66,1271

1004,1)Aabsolut;(

=

+=

Contoh 1.2 : Temperatur Pada suhu berapakah angka yang ditunjukkan oleh skala Fahrenheit [oF] sama dengan dua kali angka yang ditunjukkan oleh skala Celcius [oC].

Penyelesaian: Diketahui: Skala Fahrenheit sama dengan dua kali skala Celcius Ditanyakan: Berapa nilai yang ditunjukkan untuk keadan tersebut di atas. Gambar skema dan data yang tersedia: Tidak perlu Asumsi: Tidak ada Analisis: Persamaan yang dikembangkan adalah persamaan (1-7) yakni:

CCxT

CT

TTTT

CFTT

ooo

oo

oo

oo

oo

oo

320321608,1F)(:pembuktian

1608,12

32 )C(

32 )C(8,1C)(232 )C(8,1C)(2

jadi,)T(2)T(bahwadiketahuiseperti

32 )C(8,1F)(

=+=

=−

=

=−

+=

=

+=

Contoh 1.3 : Menidentifikasi interaksi sistem Sebuah kincir angin pembangkit tenaga listrik dipasang di atas menara. Tiupan angin dengan kecepatan tetap memutar bilah kincir sehingga dibangkitkan tenaga listrik kemudian disimpan dalam baterai (akumulator). (a) Apabila sistem hanya terdiri dari kincir angin pembangkit listrrik,

tentukanlah lokasi dalam batas sistem di mana terjadi interaksi antara sistem dengan lingkungannya. Jelaskan perubahan yang terjadi pada sistem menurut fungsi waktu.

(b) Ulangilah butir (a) di atas apabila sistem hanya terdiri dari baterai penyimpan saja.

Penyelesaian: Diketahui: Sebuah kincir angin pembangkit listrik yang menyuplai aliran listrik

ke baterai penyimpanan.


Ditanyakan: Jika sistem terdiri dari (a) kincir angin pembangkit listrik dan (b) baterai penyimpan, tentukanlah di mana terjasi interaksi sistem dengan lingkungannya, dan jelaskan perubahan yang terjadi dalam sistem.

Gambar skema dan data yang tersedia:

Gambar C1.2

Asumsi: 1. Dalam bagian (a), sistem merupakan volume atur yang ditunjukkan oleh

garis putus-putus 2. Dalam bagian (b), sistem merupakan sistem tertutup seperti ditunjukkan

oleh garis putus-putus 3. Angin bertiup dengan kecepatan tetap (keadaan tunak)

Analisis: (a) Dalam kasus ini angin bertiup melewati batas volume atur. Interaksi

penting lainnya antara sistem dengan lingkungan adalah aliran listrik melalui kabel. Dari pandangan makroskopik, interaksi semacam ini bukanlah merupakan perpindahan massa. Hembusan angin dengan kecepatan tetap memutar sudu kincir angin pada putaran tetap dan arus listrik yang tetap dibangkitkan sehingga sistem pembangkit listrik beroperasi pada keadaan tunak (merupakan konversi energi kinetik menjadi energi listrik).

(b) Prinsip interaksi sistem dengan lingkungannya terjadi saat aliran listrik masuk ke dalam baterai melalui kabel. Seperti disebut dalam bagian (a), interaksi ini bukan merupakan perpindahan massa. Sistem ini merupakan sistem tertutup. Pada saat baterai diisi dan reaksi kimia terjadi di dalamnya, temperatur dari permukaan baterai naik dan interaksi panas terjadi antara baterai dan lingkungannya. Namun interaksi semacam ini tidaklah begitu penting.


Soal-Soal Latihan Uji Kompetensi

1. Rekaman data menunjukkan bahwa tekanan pada sisi masuk sebuah pompa sebesar -10kPa. Jelaskan maksud tanda negatif pada data tersebut?

2. Jelaskan kesulitan yang akan dihadapi, jika air digunakan sebagai senyawa termometrik dalam termometer gelas?

3. Jelaskan keuntungan manometer tabung miring (inclined) dengan manometer tabung U?

4. Untuk berbagai aktivitas sehari-hari seperti memasak, AC dalam rumah, otomotif, dan komputer, buatlah sketsa mengenai apa yang dapat diamati secara termodinamika. Tetapkanlah daerah batas untuk menganalisis beberapa aspek yang terjadi? Tentukanlah interaksi yang terjadi antara sistem dan lingkungannya?

5. Apakah yang menjadi batas sistem untuk mempelajari hal berikut ini

a. Ban sepeda menggelembung

b. Pengoperasian kulkas rumah tangga

c. Pendinginan CPU komputer

d. Peluncuran roket

e. Pengukusan ’putu’ pada penjual putu gandeng

6. Buat laporan pustaka tentang jenis-jenis alat ukur tekanan dan temperatur

Referensi/Sumber Rujukan

1. Moran, M.J. dan Shapiro, H.N. 2000. Fundamentals of Engineering

Thermodynamics. 4th edition (terjemahan oleh: Nugroho, Y.S.. 2003).

New York USA: Jhon Wiley and Sons. (halaman 1 s.d. 30)

2. Granet, I.P.E. and Blustien, M.Ph.D. 2000. Thermodynamics and Heat Power,

6th edition. New Jersey USA: Prentice Hall. (halaman 1 s.d.50)

Documents

termo1