Hukum Pertama Termodinamika dan Energi

Dalam analisis sistem termal terdapat 2 macam exergy yaitu exergy fisik dan exergy kimia. Exergy fisik adalah kerja yang diperoleh melalui substansi melewati proses reversible dari kondisi temperatur dan tekanan awal ke kondisi yang ditentukan berdasarkan temperatur dan tekanan lingkungan. Exergy fisik dapat dihitung dengan persamaan 2.8. 2.8 Dengan e x adalah nilai exergy spesifik, H o ,T o , dan S o berturut-turut adalah entalpi, temperatur, dan entropi lingkungan, sedangkan H dan S adalah entalpi dan entropi pada sistem. Subscript ph menandakan fisik . Exergy fisik dapat dipisah menjadi 2 komponen, yaitu sebuah komponen termal dan sebuah komponen tekanan atau dapat disebut juga dengan komponen mekanis. Dengan menggunakan Hukum Gas Ideal dalam persamaan 2.8 dan mengasumsikan konstanta kapasitas kalor spesifik isobarik c p , persamaan 2.8 menjadi persamaan 2.11. o o o p T x 2.9 o o P x 2.10 . ph x 2.11 Dengan P x e , T x e , ph x e , berturut-turut adalah nilai exergy spesifik komponen tekanan, nilai exergy spesifik komponen temperatur, nilai exergy spesifik fisik, R adalah konstanta gas ideal, T adalah nilai temperatur lingkungan, P adalah nilai tekanan lingkungan, T adalah nilai temperatur sistem, dan P adalah nilai tekanan sistem. Exergy kimia adalah kerja yang diperoleh ketika substansi di bawah pertimbangan dibawa dari kondisi lingkungan, didefinisikan sebagai parameter temperatur dan tekanan lingkungan ke kondisi referensi yang melibatkan proses perpindahan kalor dan pergantian substansi hanya dengan lingkungan. Untuk menghitung exergy kimia e ch bahan bakar, campuran gas, dan produk hasil pembakaran dapat dihitung dengan persamaan 2.12. n i n i i i i i ch x i ch x 1 1 , , , 2.12 Dengan x i adalah fraksi mol komponen ke-i, R adalah konstanta gas ideal, dan i adalah koefisien aktivitas. Untuk ideal solution, nilai koefisien aktivitas bernilai 1. Untuk mempermudah perhitungan, exergy kimia bahan bakar dapat diperoleh berdasarkan Lower Heating Value LHV bahan bakar tersebut. Hubungan antara LHV dan exergy kimia dijabarkan dalam persamaan 2.13. Persamaan 2.12 dapat digunakan untuk mendapatkan hasil yang lebih teliti. 2.13 Dengan e x,fuel adalah nilai exergy spesifik bahan bakar, nilai rasio exergy terhadap Lower Heating Value LHV bahan bakar fuel dapat dihitung dengan persamaan dasar komposisi atom. Nilai rasio exergy spesifik bahan bakar hidrokarbon b a H C terhadap nilai LHV bahan bakar tersebut dapat dihitung dengan persamaan 2.14. 2.14

2.6. Kerusakan Exergy

Ireversibilitas juga dapat disebut kerusakan exergy atau exergy loss. Jadi, ketika suatu sistem terjadi proses irreversible, maka pada sistem tersebut ada kerusakan exergy atau exergy loss. Kerusakan exergy dihitung dengan cara mengambil perbedaan antara exergy yang masuk dan exergy yang keluar sistem, dapat dituliskan dalam persamaan 2.15. 2.15 Dengan I adalah nilai irreversibilitas. Subscript i adalah komponen ke-i dan j adalah komponen ke-j. Cara lain menghitung ireversibilistas dapat dilakukan dengan peramaan Gouy-Stodola, yang melalui perubahan entropi dikalikan temperatur lingkungan, hal tersebut dituliskan dalam persamaan 2.16. o in i out j o 2.16 Dengan I adalah nilai irreversibilitas, T o adalah nilai temperatur lingkungan, S j , S i S berturut-turut adalah nilai entropi ke-j, nilai entropi ke-i, dan perubahan nilai entropi.

2.7. Analisis Energi dan Analisis Exergy

Menganalisis suatu sistem termal dapat dilakukan dengan cara menganalisis energi dan exergy pada sistem. Energi dan exergy merupakan suatu hal yang berbeda. Analisis energi menerapkan konsep hukum pertama termodinamika, semua bentuk energi itu sama nilainya. Hilangnya kualitas suatu energi tidak termasuk dalam perhitungan. Analisis exergy memiliki hal lebih dari analisis energi, yaitu analisis exergi menerapkan konsep hukum pertama termodinamika dan hukum kedua termodinamika. Dalam kondisi aktual sebuah sistem, exergy akan rusakhancur sebagian ataupun seluruhnya, karena selalu ada irreversibilitas pada sebuah sistem. Analisis exergy menunjukan ketidak idealan dari sebuah proses irreversibility, termasuk semua kehilangan kualitas dari materi massa dan energi. Energi tidak dapat hilang atau musnah, sesuai permyataan Hukum