temperatur. Sifat ekstensif tergantung dari ukuran sistem, contohnya adalah volume V, energi dalam U, entalpi H, entropi S, dan lain sebagainya. Sifat ekstensif dapat diubah
menjadi seolah-olah bersifat intensif dengan cara membaginya dengan ukuran sistem tersebut biasanya massa, sehingga dikenal dengan volume spesifik v, entalpi h, entropi s,
energi dalam u, dan lain sebagainya. Kalor yang ditambahkan kedalam sistem dinyatakan dengan Q dan berharga positif, dan
kerja yang dilakukan oleh sistem juga positif dinyatakan dengan W. Harga spesifiknya per satuan massa fluida kerja disebut dengan q dan w.
2.1.2 Hukum Termodinamika I.
Dari pernyataan dQ
dW =
∫ ∫
, yang artinya bahwa energi hanya dirubah bentuk atau lebih dikenal dengan hukum kekekalan energi. Karena substansi kerja fluida kerja juga
mengalami perubahan energi dalam maka persamaan untuk sistem tertutup menjadi : δ
δ Q
dU W
= +
Yang mana setelah diintegrasi menghasilkan Q
W U
U −
= −
1 2
Pada sistem tertutup juga berlaku : W
pdV =
∫
dimana p adalah tekanan dan V adalah volume fluida kerja pada suatu waktu tertentu.
Proses non aliran yang reversibel
Berikut ini adalah proses-proses yang dianggap reversibel.
a. Proses volume konstan
Karena volume tidak mengalami perubahan, maka tidak terdapat kerja yang dilakukan oleh sistem. W = 0, dan kalor dipakai untuk perubahan energi dalam sistem. Q = U
2
-U
1
b. Proses tekanan konstan
Kerja yang dilakukan merupakan integrasi dari tekanan terhadap perubahan volume : W
pdV p V
V =
= −
∫
2 1
sehingga : Q
U U
p V V
H H
= −
+ −
= −
2 1
2 1
2 1
c. Proses adiabatik
Windy Hermawan Mitrakusuma B2-Termodinamika dan Perpindahan Panas - 12
Proses adiabatik adalah proses dimana pada sistem tidak terjadi pertukaran kalor tidak ada kalor yang masuk maupun keluar. Q = 0
W U
U = −
−
2 1
d. Proses temperatur konstan
Pada proses temperatur konstan, kalor yang berpindah dinyatakan dengan : Q
Tds T S
S =
= −
∫
2 1
W T S
S U
U =
− −
−
2 1
2 1
Persamaan diatas berlaku untuk semua fluida kerja. Untuk substansi yang memenuhi persamaan gas ideal :
pv RT
= atau
pV mRT
= berlaku hubungan yang dinyatakan pada tabel 2-1.
e. Proses politropik
Semua proses politropik reversivel umumnya dapat dinyatakan dengan persamaan berikut : , dengan n adalah indeks politropik.
PV
n
= Konstan Dengan demikian kerja dapat dituliskan sebagai :
W pdV
= =
∫ ∫
1 2
1 2
Konstanta dV
V
n
1 2
2 2
1 1 2
1
1 1
W P V
PV n
mR T Y
n =
− −
= −
− persamaan di atas berlaku untuk semua harga n kecuali n = 1 sedangkan harga untuk
konstanta gas ideal R adalah 0,287 kJkg.K. Berikut adalah proses yang bergantung pada n :
n proses 0 isobarik tekanan
konstan 1 isotermal
temperatur konstan
k isentropik entropi konstan
∞ isokhorik volume
konstan
Windy Hermawan Mitrakusuma B2-Termodinamika dan Perpindahan Panas - 13
Tabel 2-1 Persamaan persamaan proses non aliran reversibel untuk fluida yang memenuhi persamaan gas ideal Proses
Hukum dasar Kerja dilakukan
∫
w pdv
= Kalor ditambahkan
∫
Q u
u W
Tds =
− +
=
2 1
Perubahan entropi s
s T
rev 2
1
− =
∫
dq
Volume konstan P
T = Konstan
c T T
v 2
1
− c
T T
v
ln
2 1
Tekanan konstan v
T = Konstan
p v v
2 1
− atau
R T R
2 1
− c T
T
p 2
1
− c
T T
p
ln
2 1
Adiabatik pv
C
γ
= =
Konstan dimana
γ = c
c
p v
atau T
T p
p v
v
2 1
2 1
2 1
1
=
=
− γ
γ 1
− γ
Politropik pv
C
n
= =
Konstan atau
T T
p p
v v
n n
2 1
2 1
2 1
1
=
=
− n 1
−
R T T
n
2 1
1 −
− c
R n
T T
v
+ −
− 1
2 1
c T
T R
v v
v
ln ln
2 1
2 1
+ atau
1 2
1 2
ln ln
v v
R p
c
v
+ p
Isotermal pv
= konstan RT
v v
.ln
2 1
T s s
2 1
− −R
p p
ln
2 1
Disalin dari [arora]
Windy Hermawan Mitrakusuma B2-Termodinamika dan Perpindahan Panas - 14
2.1.3 Persamaan Energi Keadaan Mantap
Proses dengan aliran dapat dibagi menjadi proses aliran mantap steady flowdan proses aliran tak-mantap non-steady flow. Pada kebanyakan proses yang kontinyu, terdapat
fase dimana proses adalah tak mantap, yaitu pada saat proses dimulai. Setelah beberapa waktu, sistem akan mencapai keadaan mantap.
Persamaan energi dalam keadaan mantap merupakan ekspresi lain dari hukum kekekalan energi. Energi yang ditinjau adalah energi dalam u, energi kinetik C
2
2 dan energi potensial gz dimana z adalah ketinggian titik yang ditinjau dari garis acuan. Juga aliran
energi berupa kalor , kerja W . Berikut ini adalah gambaran proses sistem terbuka :
Q
• •
Sistem Terbuka
z
1
z
2
m •
, v
1
, p
1
u
1
, T
1
C
1
m •
, v
2
, p
2
u
2
, T
2
C
2
W
•
Q
•
grs. acuan Dalam keadaan mantap maka persamaan energi menjadi ;
[ ]
Q W m u
pv C
gz u
pv C
gz
• •
•
− =
+ +
+ −
+ +
+
2 2
1 2
2 2
2 1
1 1
2 1
2 1
[ ]
Q W m h
h C
C g z
z
• •
•
− =
− +
− +
−
2 1
1 2
2 2
1 2
2 1
dimana entalpi; h
u pv
= +
Proses-proses aliran mantap a. Pendidihan dan pengembunan Boiling and Condensation
Dengan mengasumsikan bahwa pengaruh kecepatan kecil sehingga energi kinetik juga kecil, dan efek gesekan juga menjadi kecil, maka persamaan yang berlaku dapat didekati
dengan : q
h h
= −
2 1
Windy Hermawan Mitrakusuma B2-Termodinamika dan Perpindahan Panas - 15
b. Proses Throttling
Proses throttling merupakan proses irreversibel, digunakan untuk menurunkan tekanan fluida dengan memberikan tahanan aliran.
Dengan menganggap bahwa tak ada kerja dari luar yang bekerja adiabatik, kita dapatkan persamaan :
h C
h C
1 1
2 2
2 2
2 2
+ =
+ Apabila A
1
= A
2
, maka p
2
p
1
, V
2
V
1
. Dengan membuat A
1
A
2
sehingga C
1
sama dengan C
2
atau energi kinetik dapat diabaikan, kita dapatkan untuk proses throttling h
1
= h
2
. Proses throttling juga disebut sebagai proses ekspansi isentalpi. Pada umumnya gas, h bergantung pada temperatur dan tekanan, sehingga pada proses throttling, temperatur
dapat berubah sesuai dengan penurunan tekanan.
c. Proses Adiabatik
Pada nozle dan difuser tidak terdapat perpindahan kalor dan kerja yang dilakukan, sehingga kita punya hubungan antara perubahan energi kinetik dan perubahan entalpi.
1 2
2 2
1 2
2 1
C C
h h
− =
− Untuk turbin dan kompresor, karena tak terdapat perpindahan kalor, dan dengan
mengabaikan perubahan energi kinetik maupun potensial, maka kita dapatkan kerja yang merupakan selisih entalpi : W
h , tanda harus diperhatikan, apakah sistem
melakukan kerja atau sistem dikenai kerja. h
= −
2 1
Pada turbin dikenal istilah efisiensi turbin politropik polytropic turbine efficiency atau untuk kompresor disebut efisiensi kompesor politropik polytropic compressor
efficiency. Harga efisiensi timbul karena irreversibilitas sistem. Efisiensi turbin :
η dan efisiensi kompresor :
T
h h
h h
= −
−
1 1
2 2
η
C
h h
h h
= −
−
1 2
1 2
h
2’
adalah entalpi sistem apabila proses terjadi secara isentropi adiabatik, ideal.
d. Proses isotermal
