24
2.2 Termodinamika di Lingkungan Sistem Desalinasi
Termodinamika adalah ilmu yang membahas hubungan pertukaran antara panas dengan kerja. Dalam termodinamika banyak membahas tentang
sistem dan lingkungan. Kumpulan benda-benda yang sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang berada di sekeliling di luar sistem disebut
lingkungan. 2.3 Asas Black
Asas Black terjadi apabila ada dua benda yang suhunya berbeda kemudian disatukan atau dicampur berada dalam sistem yang tertutup, maka
energi akan berpindah seluruhnya dari benda yang memiliki suhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Maka ketika mencapai suhu yang sama, energi yang
diterima oleh benda yang memiliki suhu yang lebih rendah sama dengan energi yang dilepaskan oleh benda yang memiliki suhu yang lebih tinggi. Karena energi
yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu sama dengan kalor, maka bisa dikatakan bahwa dalam sistem tertutup, kalor yang dilepaskan sama dengan kalor
yang diterima. Sebaliknya apabila benda yang disatukan atau bercampur tidak
25
berada dalam sistem tertutup, maka tidak semua energi dari benda bersuhu tinggi berpindah menuju benda yang bersuhu rendah.
Secara matematis dapat dirumuskan : Q
lepas
= Q
terima
M
1
x C
1
T
1
-T
a
= M
2
x C
2
Ta-T
2
Keterangan : M
1
= Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi. C
1
= Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi. T
a
= Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi. T
1
= Temperatur akhir pencampuran kedua benda. M
2
= Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah. C
2
= Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah. T
2
= Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah.
2.4 Hukum Kalor
Kalor adalah suatu bentuk energi yang diterima oleh suatu benda yang menyebabkan benda tersebut berubah suhu atau wujud bentuknya. Kalor berbeda
dengan suhu, karena suhu adalah ukuran dalam satuan derajat panas. Kalor merupakan suatu kuantitas atau jumlah panas baik yang diserap maupun
26
dilepaskan oleh suatu benda.
2.4.1 Hukum Kalor Jenis
Kalor jenis adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur dari 1 gr massa bahan sebesar 1
o
C.
Q = m x c x Δt
Q = m x c x t
2
– t
1
Dengan ketentuan :
Q = Kalor yang diterima suatu zat Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori
M = Massa zat Gram, Kilogram
C = Kalor jenis Joulekilogram
o
c, Kalorigram
o
c
Δt = Perubahan suhu
o
c
2.4.2 Kapasitas Kalor
Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh benda untuk menaikkan suhunya 1
o
c. Q = H x Δt
27
H = m x c x
∆
t
∆
t
H = m x c Dengan syarat :
Q = Kalor yang diterima suatu zat Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori M = Massa zat Gram, Kilogram
C = Kalor jenis Joulekilogram
o
c, Kalorigram
o
c
Δt = Perubahan suhu
o
c H = kapasitas kalor Joule
o
c
2.4.3 Kalor Uap
Kalor uap adalah proses penguapan yang terjasi karena perubahan wujud dari bentuk cait menjadi gas. Untuk mengubah wujud suatu zat tentunya juga
memerlukan kalor yang berbeda – beda antara zat yang satu dengan yang lainnya tergantung pada jenis zat tersebut. Untuk menguapkan 1 kg zat cair menjadi uap
atau gas pada titik didihnya disebut dengan kalor uap U. Dari perngertian diatas dapat dirumuskan sebagai berikut :
Q = m x U Dengan ketentuan :
Q = Kalor yang diterima suatu zat Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori
28
M = Massa zat Gram, Kilogram U = Kalor uap zat Joulekilogram, Kilojoulekilogram, Joulegram
2.5 Perpindahan panas
Perpindahan panas atau heat transfer adalah ilmu yang mempelajari perpindahan energi sebagai akibat dari adanya perbedaan temperatur diantara dua
medium misalnya: sesama medium padat atau medium padat dengan fluida. Energi yang berpindah tersebut dinamakan kalor atau panas heat. Panas akan
berpindah dari medium yang bertemperatur lebih tinggi ke medium dengan temperatur yang lebih rendah. Perpindahan ini berlangsung terus sampai terjadi
kesetimbangan temperatur diantara kedua medium tersebut atau tidak terjadi perbedaan temperatur diantara kedua medium.
Perpindahan panas dapat terjadi melalui beberapa mekanisme yaitu perpindahan panas secara konduksi, konveksi, dan radiasi.
2.5.1 Perpindahan Panas Konduksi
Proses perpindahan panas secara konduksi adalah suatu proses perpindahan energi panas dimana energi panas tersebut mengalir dari daerah yang
bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah dalam suatu medium padat atau fluida yang diam.
29
q =
−
k A dT
dx
Dimana : q
k
= laju perpindahan panas konduksi Watt k = konduktivitas termal bahan Wm. K
A = luas penampang tegak lurus terhadap arah aliran panas m
2
dx dT
= gradien suhu perubahan temperatur terhadap arah x Km. Tanda negatif - diselipkan dalam hukum Fourier yang menyatakan
bahwa panas berpindah dari media bertemperatur tinggi ke media yang bertemperatur lebih rendah.
2.5.2 Perpindahan Panas Konveksi
Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi dari permukaan media padat atau fluida yang diam menuju fluida yang mengalir
begerak atau sebaliknya, dimana diantara keduanya terdapat perbedaan temperatur.
Besarnya konveksi tergantung pada : a. Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida A.
b. Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida T.
c. koefisien konveksi h, yang tergantung pada : Viscositas fluida
30
Kecepatan fluida Perbedaan temperatur antara permukaan dan fluida
Kapasitas panas fluida Rapat massa fluida
Bentuk permukaan kontak Persamaan perpindahan panas konveksi dikenal sebagai hukum
Newton untuk pendinginan Newton’s Law of Cooling yang dirumuskan sebagai berikut:
JikaT
s
T
∞
: q
Konv
= h. A T
s
– T
∞
Dimana: q
Konv
= Laju perpindahan panas konveksi Watt h = Koefisien perpindahan panas konveksi Wm
2
.K A = Luas permukaan perpindahan panas m
2
T
s
= Temperatur permukaan K T
∞
= Temperatur fluida K
31
2.5.3 Perpindahan Panas Radiasi
Proses perpindahan panas secara radiasi pancaran adalah suatu proses perpindahan energi panas yang terjadi dari benda yang bertemperatur
tinggi menuju benda dengan temperatur yang lebih rendah tanpa melalui suatu medium perantara, misalkan benda-benda tersebut terpisah dalam
ruang atau bahkan bila terdapat suatu ruang hampa udara diantaranya. Untuk dapat melakukan penghitungan laju perpindahan energi panas
secara radiasi dipergunakan persamaan laju perpindahan panas radiasi sebagai berikut :
q
ε · σ · A ·
Dimana : q
rad
= laju perpindahan panas secara radiasi Watt ε = emisivitas permukaan benda
σ = konstanta Stefan-Boltzmann 5,67 . 10
-8
Wm
2
. K
4
A = luas bidang permukaan perpindahan panas radiasi m
2
T
s
= temperatur permukaan benda K T
sur
= temperatur surrounding K
32
2.6 Proses Penguapan Evaporation
Secara umum penguapan berarti berubahnya fase zat dari zat cair menjadi uap. Penguapan juga berarti perpindahan massa zat cair ke atas dengan adanya
gradien temperatur antara permukaan zat cair dengan udara diatasnya. Hal ini merupakan peristiwa konveksi alami. Konveksi alami terjadi akibat adanya efek
gaya apung yang bekerja pada fluida. Efek gaya apung merupakan mekanisme yang terjadi karena adanya gradient massa jenis. Massa jenis akan menurun jika
temperatur fluida meningkat, begitu juga sebaliknya temperatur meningkat maka masssa jenis fluida akan menurun. Fluida yang ringan memiliki massa jenis yang
rendah akan menempati posisi yang lebih diatas. Sehingga jika terus menerus diberi panas maka tempera
tur fluida akan terus meningkat dan massa jenisnya akan terus menurun dan terjadilah penguapan.
q
∙ ∆
Dimana: q
evap
= Laju energi pada saat penguapan m
v
= Massa yang berubah menjadi uap kg h
fg
= Kalor laten penguapan Jkg Δt = Selang waktu s
33
2.7 Proses Pengembunan Condensation
Kategori