Upload
taris-zihni-yunanto
View
225
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
1/46
1
T H E R M O D I N A M I K A
1.TIPE SISTEM
Ada dua macam dasar system yang dibahas yaitu system tertutup dan system terbuka
( volume control ). System tertutup mengacu pada sejumlah masa tetap sedang volume controladalah suatu daerah /tempat yang dilalui aliran masa.
Suatu system tertutup selalu mengandung sejumlah zat yang sama, tidak mentransfer masa meleati batas (boundary). !ipe khusus sistem tertutup yang tidak interaksi dengan
lingkungan disebut sistem terisolasi. "engertian boundary (batas) adalah daerah yang dibahas.
#entuk control masa kadang $ kadang digunakan dalam system tertutup. !ipe system tertutup
yang tidak mengalami/melakukan interaksi dengan lingkungan atau disebut system terisolasi( %ambar &.&a).
Suatu volume control (control volume) adalah suatu daerah/tempat yang dilalui aliran
masa (%ambar &.&b). 'ika bentuk kontrol masa dan kontrol volume digunakan, system boundary
sebagai permukaan kontrol.
Kontrol mass kadang digunakan didalam sistem tertutup dan bentuk sistem terbuka(open sistem) penggunaan dipertukarkan dengan volume control (control volume). 'ika bentuk
control masa dan volume control digunakan, batas sistem adalah sering dihubungkan sebagai
suatu control permukaan (control surface).
Suatu system dikatakan steady state (keadaan tetap)jika samasekali tidak berubah property
terhadap aktu
udara
Beba
Fuel masuk
Boundary
(Control Mesinshaft
gas
Gas Boundary (Control
Gambar 1.1bGambar 1.1a
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
2/46
2
System dikatakan keadaan seimbang (equilibrium state) jika tidak terjadi perubahan sesaat pada
kondisi tertutup dan terisolasi.
.ENER!I DAN H"K"M PERTAMA THERMODINAMIKA
nergi adalah suatu gagasan dan perlu diketahui permasalahannya. isini beberapa aspek penting konsep energi yang berkembang. Suatu gagasan baha energi dapat disimpan didalam
system berbagai bentuk microscopic. nergi dapat juga ditransfer dari satu bentuk ke bentuk lain
dan ditransfer antar system. "ada system tertutup energi dapat ditransfer oleh kerja dan perpindahan panas. Sejumlah energi tersimpan dapat berubah dan ditransfer.
.1 Konsep me#an$# ener%y
#erdasarkan pada kontribusi %alileo dan formulasi *eton secara umum menguraikan
gerak suatu obyek dibaah pengaruh suatu gaya. +ukum *eton mengenai gerak memberi dasar
mekanik klasik, yang memberi petunjuk konsep kerja, energi kinetic dan energy potensial dan juga memberikan petunjuk terakhir pada perluasan konsep energi. "ada pembahasan dimulai
dengan aplikasi hukum *eton kedua mengenai gerak.
.1.1 Ker&a 'an Ener$ #$net$c
"ada gambar &. posisi sesaat, lintasan sebuah benda dengan masa m (system tertutup) bergerak relatif terhadap sumbu - dan dengan kecepatan masa . #enda bereaksi oleh resultante gaya ).
#enda bergerak dari satu lokasi ke lokasi lain sepanjang lintasan. esultan gaya terurai ke dalamkomponen 0S sepanjang lintasan dan komponen gaya normal 0 *. "embahasannya benda bergerak
dari S 1 S& dimana arah kecepatan adalah 2& ke S 1 S kecepatannya 2 dengan asumsi
pembahasannya hanya interaksi antara benda dan lingkungan mencakup gaya 0
dt
dV
m F S = dt dS
V = 333..(&)
dS
dV V m
dt
dS
dS
dV m F S .. ==
33.....()
∫ ∫ =,
&
,
&
...
V
V
S
S
S dS F dV V m
33333.3...(4)
( )
,
&
,
,
,
,
&
.,
&
..
,
&
,
&V V mV mdV V m
V
V
V
V −=
=∫ 3...(5)
l$ntasan*
)
'S
aS
)N
+
!am,ar .1 -
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
3/46
3
( )&
&
&V V m E E E K K K −=−=∆
33333333..333333333333(6)
nergi kinetik adalah
.
&V m E K =
engan persamaan (&) dan (4) menjadi( ) ∫ =−
&
&
..
&
S
S
dS F V V m
..............(7)
imana diekspresikan untuk kerja ditulis dalam bentuk produk scalar pada gaya fektor 0 dan
perubahan fektor dS. 'ika benda dipercepatan oleh resultan gaya, kerja yang dilakukan pada benda dapat menjadi suatu transfer energi pada benda dimana tersimpan sebagai energy kinetic.
.1. Ener%$ Potens$al
"enurunan dari hukum kedua *eton, pada persamaan memberikan suatu hubungan
antara dua definisi konsep energi kinetik dan kerja. "ada gambar . menunjukan sebuah bendadengan masa m yang bergerak vertikal dari ketinggian 8& ke 8 relatif terhadap permukaan bumi
9edua gaya menunjukan bergerak dalam system yaitu gaya arah baah karena gravitasi m% dan
gaya vertical R. "ada persamaan (7) kerja dilakukan oleh gaya adalah perubahan energy kinetik
( ) ∫ ∫ −=−
&
&
....
& &
z
Z
Z
Z
dZ g mdZ RV V m
3...(:)
( )&...
&
Z Z g mdZ g m
Z
Z
−=
∫ 3333.3..(;)
( ) ( ) ∫ =−+−,
&
...,
&&,
,
&
,
,
Z
Z
dZ R Z Z g mV V m
3....()
"ersamaan (..
&&
&
=−+− Z Z g mV V m
( ) ( )&& ..
& Z Z g mV V m −=−
33333333..3333333.3(&&)
. Transer Ener%$ Ole/ Ker&a
0
R
0m%
01
Gambar 2.2
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
4/46
4
9erja ? dilakukan oleh atau pada system dievaluasi dalam bentuk pengamatan microscopically
gaya dan perubahan
∫ =,
&
.
S
S
dS F W
3333333333333333333333..(&)
!hermodinamika teknik dapat ditunjukan pada alat seperti mesin pembakaran dalam dan turbin
yang bermaksud melakukan kerja. "endekatan secara umum didalam mekanik, kesepakatanmempertimbangkan melakukan kerja sebagai positip, disini @
? > 9erja dilakukan oleh system
? B > 9erja dilakukan pada sistemAnalisis thermodinamika ditunjukan dengan laju pada transfer energy yang terjadi. Caju transfer
energy oleh kerja disebus daya dan dinotasikan dengan
•
W dalam satuan (?att), (hp)
..1 Ker&a E#spans$ 'an Kompres$
9erja dilakukan dengan system tertutup seperti pada gambar .4 didalam pasangansilinder dan piston terpasang terdapat gas atau cairan mengalami ekspansi. Selama proses gasditekan suatu gaya normal piston . !ekanan notasi P terjadi interface antara gas dan piston
dx ! W ..=δ 33333.3333..(&4)
+asil A.dD sama dengan perubahan volume
9erja dapat ditulis
dV ! W .=δ 3333333333333.(&5)
Entuk perubahan volume 2& menjadi 2
∫ =
&
.
V
V
dV ! W
3333..33333.....(&6)
.. Proses #er&a Dalam Kese$m,an%an E#spans$ atau Kompres$
"embahasan bagaimana gas atau liFuid pada ekspansi atau kompresi dikatakan dalam
kondisi setimbang ditunjukan pada gambar .
"asangan pistonG silinder didalamnya terdapat gas atau liFuid, diatas piston dibebani sejumlah masa. 'ika salah satu masa
dihilangkan piston akan bergerak keatas, gas melakukan ekspansi
Selama ekspansi keadaan gas akan menurun dari keseimbangan,
System akan berakhir menjadi kesetimbangan baru dimana tekanan
dan semua sifat akan kembali lagi menjadi seragam.
!ekanan rataGrata pada
permukaan piston !
#atas sistem
F!"
Gas#li$ui
X%2%1
Gambar
p$ston
Gas#li$ui
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
5/46
&
"ada persamaan (&6) dapat diaplikasikan untuk mengevaluasi kerja
dalam kesetimbangan dalam proses ekspansi dan kompresi.
Sebagai contoh suatu proses dimana gas /liFuid melakukan ekspansi didalam pasangan silinderG
piston. +ubungan antara tekanan dan volume dapat digrafikan dan dianalisa. Sebuah grafik
hubungan ditunjukan seperti pada gambar .6. "ada aalnya piston posisinya -& dan tekanan
gas ! " . "iston melakukan ekspansi pada proses keseimbangan, permukaan piston - dan
tekanan berkurang ! #.
dV ! W .=δ 9urva atau lintasan hubungan antara keadaan &dan pada diagram keadaan seimbang selama proses.
9erja dilakukan gas didalam piston selama ekspansi
memberikan dengan∫ dV ! .
. ari perhitungan dapat
diketahui baha integral diinterpretasikan sebagai luasan
didalam kurva tekanan versus 2olume. "ada gambar .6
adalah sama untuk kerja pada proses. %as melakukan
kompresi dari keadaan ke keadaan & sepanjang intasan
diagram !$V . #esarannya kerja adalah sama, tetapi
tandanya menjadi negatip, menunjukan baha untuk
kompresi transfer energy dari piston ke fluida. Cuasan
mengHnterpretasi yang sederhana dari proses kerja dalam
keseimbangan ekspansi atau kompresi baha kerja
bergantung pada proses dan oleh karena merupakan tidak
property (sifat). +ubungan antara tekanan dan 2olume
selama proses ekspansi dan kompresi juga dapat diuraikan
secara analis.
Sebagai contoh dengan !.V n 1 konstan, dimana nilai n
adalah konstan untuk proses partikel. "roses keseimbangan
dijelaskan dengan diekspresikan disebut proses Polytropic.
Contoh 1 :
Sebuah gas didalam pasangan silinder $ piston melakukan proses ekspansi yang hubungannya
P.Vn = konstan . !ekanan aal 4 bar, 2olume aal >,& m4 dan 2olume akhir >, m4. !entukan
kerja untuk proses jika n 1 &,6 n 1 & dan n 1 >.
'aab @
iketahui @ %as didalam pasangan silinder $ piston melakukan proses ekspansi P,Vn 1 konstan
Iencari @ kerja jika n 1 &,6 n 1 & dan n 1 >
Gambar
%as/liFuid
lintasa
2
1
!2
!1
V #dV V "
X2
X1-
Gambar
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
6/46
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
7/46
perubahan didalam system, energy tidak dapat menjadi sifat untuk merubahan didalam system
kinetik atau energy potensial gravitasi. "erubahan energy dapat ditulis dalam bentuk energy
dalam. "erubahan total energy didalam system @
E" # E1 = ( E " $ E1 ) % ( EP" $ Ep1 ) % ( !" # !1 ) 33333333.333333(&7)
&E = & E % &EP % & ! 3333333333333333333333333.(&:)
.2. Konservas$ Pr$ns$p Ener%y "ntu# System Tertutup
!elah dibahas sejumlah energy, disini yang dibahas hanya interaksi antara suatu system
dengan lingkungan yang dapat dikelompokan dalam kerja. Iasih dalam system tertutup dapat
juga interaksi dengan lingkungan dengan cara yang tidak dikategorikan sebagai kerja. Suatu
contoh gas (liFuid) didalam bejana melakukan proses kontak dengan api. !ipe interaksi yang
disebut suatu sejumlah energy ditransfer dari system oleh kerja dan interaksi panas . an proses
dapat sebagai suatu proses nonadia&ati% . "rose dapat dikatakan adiabatic jika hanya kerja
interaksi antar sistem dan lingkungan (tidak terpengaruh panas). Sejumlah energy ditransfer ke
system tertutup dengan maksud baha kerja harus sama jumlah perubahan energy dari system
( ) W E E ) +−= &, atau
( ) W ) E E −=− &,3333333333333.(&;)
9esepakatan tanda dan notasi @
> panas ditransfer ke system
B > panas ditransfer dari sistem
. Kese$m,an%an Ener%y Pa'a S$stem Tertutup
1 G
*EK + *E! + *, - $ W 3333333333333..33333333.333..(&)••
−=++ W )dt
d,
dt
dE
dt
dE ! K
3333333333333333333333333...(&)
Sejumlah netto energy
ditransfer kedalam melalui
batas system dengan
perpindahan panas selama
Sejumlah neto energy
ditransfer keluar melalui
batas system oleh kerja
selama interval aktu
"erubahan energy
terkandung didalam
system selama interval
aktu
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
8/46
+
Contoh " :
Sebuah system tertutup pada keadaan aal kondisi diam diatas permukaan bumi, melakukan
proses dimana transfer energy netto ke system oleh kerja sebesar >> #tu. Selama proses transfer
panas netto dari system ke lingkungan 4> #tu. "ada akhir proses system mempunyai kecepatan
>> feet/detik dengan ketinggian >> feet. Iasa system 6> lb dan percepatan gravitasi g 1 4
feet/detik. !entukan perubahan energy dalam pada system . (#tu)
iketahui @
Sebuah system melakukan suatu proses dengan
mentransfer sejumlah kerja dan panas, keadaan
aal dan akhir kecepatan diketahui,ketinggian
diketahui
Asumsi @&. "embahasan sistim tertutup
. "ada akhir proses system bergerak pada
kecepatan konstan4. "ercepatan gravitasi lokal g14 ft/dt
Analisis @
9eseimbangan energy pada system tertutup dalam bentuk
*EK + *E! + *, - $ W
( )&
&V V m E
K −=∆
( )&, Z Z mg E ! −=∆
*, - $ W G
( )&
&V V m −
G( )
& Z Z mg −
( ) ( ) ( ) ( )
−−−−=∆
l&f ft
.tu
l&f
dt ft l&
dt ft l& .tu .tu,
.::;
&
&
/.,4
/>>6>
&>>4>
( ) ( )( )
−
l&f ft
.tu
l&f dt ft l&
ft dt ft l&
.::;
&
&/ .,4
>>/ 46>
1 ( G 4> #tu ) G ( G >> #tu ) $ ( 4
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
9/46
,
6 kg uap air didalam pasangan silinder $ piston. Eap melakukan ekspansi dari keadaan & dengan
energy dalam spesifik (energy dalam per satuan masa) u1 1 :> k'. Sebuah pengaduk
mentransfer energy keuap oleh kerja sebesar &;,6 k'. "erubahan energy kinetic dan potensial
diabaikan. !entukan transfer energy oleh kerja dari uap ke piston selama proses. (k')
iketahui @ Eap dengan jumlah tetap melakukan ekspansi didalam pasangan pistonGsilinder dari
keadaan & menjadi keadaan . Selama proses terjadi transfer panas dan kerja oleh
pengaduk. "erubahan energi dalam spesifik pada uap diketahui.
itaya @ Ienentukan sejumlah transfer oleh kerja pada piston selama ekspansi
Skema dan data @
Asumsi @
&. Eap system tertutup
. !idak ada perubahan 9 dan "
Analisis @
9eseimbangan energy system tertutup
*EK + *E! + *, - $ W
W - W!iston + W!engadu%
( ) !engadu% !iston W W )uum +−=− &
( )&, uumW )W !engadu% !is ton −−−=
( ) ( ) ( )( ) %g %' %g %' %' W !is ton /,& m4 dan
2olume akhir >, m4. "erubahan energy dalam spesifik gas dalam proses u# $ u" 1 G 5,7 k'/kg.
"erubahan energy potensial dan kinetic diabaikan . !entukan transfer panas pada system (k')
Asumsi @
&. %as system tertutup
. kspansi prosesnya politropic4. !idak ada perubahan " dan 9
? piston
&kg
ua-
u" 1 :>
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
10/46
1/
Analisis @
!idak ada " dan 9 , maka keseimbangan
energy menjadi
*EK + *E! + *, - $ W
%' %' %' W , ) ;,>7,&:5,&; −=+−=+∆=
SoalG soal
&. %as melakukan dua proses secara seri @
"roses & $ 2olume konstan dari "& 1 6> lbf/inc ke " 1 &> lbf/inc
"roses $ 4 9ompresi dengan !.V"/0 1 konstan dari keadaan ke keadaan 4
!016> lbf/inc dan V0 1 &ft4. Sket diagram proses dan tentukan kerja (#tu/lb)
. Edara melakukan dua proses secara seri @
"roses & $ kspansi dari !"14>> k"a, v" 1 >,>&< m4/kg ke !#1 &6> k"a. Selama
hubungan tekanan $ 2olume !.v - konstan. Sket diagram proses dan tentukan kerja
(k'/kg).
4.Ienentukan energy potensial gravitasi (k'), air volume m4 pada ketinggian 4> m diatas permukaan bumi. "ercepatan gravitasi konstan g 1 >>kg/m4. !entukan perubahan energy potensial gravitasi jika ketinggiannya menurun
menjadi &6 m.
5. Sebuah benda masanya 6 lb mengurangi energy potensial gravitasi 6> lb.ft. 'ika
percepatan gravitasi konstan g 1 4& ft/dt, tentukan ketinggian.
6. Sebagai obyek masanya & lb bergerak dengan kecepatan &> ft/dt, tentukana. "erubahan kecepatan yang berhubungan dengan energy kinetic sebesar & ft.lbf
b. "erubahan energy potensial yang berhubungan dengan &ft perubahan ketinggian ,
menggunakan g 1 4, ft/dt2. 0AT KOMPRESI5E6
2.1 Hu,un%an P # # *
//
u2 - u1 4'
%' %g
%' %g uum, 5,&;7,55)( & −=
−=−=∆
".2&,61
konstan
!as
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
11/46
11
(&) (c) (&)
(c)
+enyusut pada saat membeku
Ekspansi pada saat membeku
2.1 D$a%ram * # V
"ada gambar 4.& diagram 1$V sering digunakan untuk menyelesaikan masalah . Entuk
memfasilitasi penggunaan sket diagram 1$V dengan catatan penampilan garis tekanan adalah
konstan. "ada tekanan yang lebih rendah dari tekanan kritis seperti tekanan &> I"a ( I"a temperature akan bertambah secara
continue dan volume spesifik juga akan bertambah pada tekanan tetap . isini tidak melalui dua
fasa daerah liFuid $ vapor.
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
12/46
12
2. Peru,a/an )asa
isini yang dibahas beberapa kejadian sebagai zat murni yang melakukan perubahan fasa.
Sebagai contoh pada system tertutup terdiri satu unit masa (& kg atau & lb) air pada temperature
>>c (7;>0) ada didalam pasangan pistonGsilinder seperti pada gambar 4.a pada keadaan titik &
%ambar 4.&. Air dipanaskan perlahan $ lahan tekanan dijaga konstan &,>&5 bar (&5,: lbf/in).
Sebagaimana system telah dipanaskan pada tekanan konstan, temperature dan volume spesifik
akan bertambah hingga mencapai titik (gambar 4.&), disini keadaannya adalah saturated liFuid.
Entuk air &,>&5 bar (&5,: lbf/in) saturated temperature adalah &>>>c (&>0). 9eadaan liFuid
sepanjang garis segmen & 7 kadang disebut keadaan su&cooled li2uid karena temperaturnya
lebih rendah dari saturated temperature. isini keadaannya juga disebut sebagai keadaan li2uid
compressed karena tekanan masing $ masing lebih tinggi dari saturated tekanan. *ama li2uid/
su&cooled li2uid dan compressed li2uid adalah digunakan interc3angea&le (dapat dipertukarkan).
'ika system keadaan saturated liFuid ( pada gambar 4.&) penambahan panas pada tekanan tetap
menghasilkan dalam formasi uap (vapor) tanpa perubahan temperatur tetapi penambahan volume
spesifik sebagai mana ditunjukan pada gambar 4.b maka system akan terdiri dua fasa yaitu
campuran li2uid 4 vapor . 'ika system dipanaskan lanjut sampai batas kurva (% gambar 4.&)
keadaan saturated vapor . Entuk campuran dua fasa li2uid 4 vapor rasio masa pada prosentase uap
untuk total masa pada kualitas campuran dalam simbul -
"rosestase uap -
uapair
uap
mm
m 5
+
= """""""
(22)
Saturated air -1 >
Saturated uap - 1 &. ..
3.1
5a
aiair
(c)(a (b)
Gamba 3.2
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
13/46
13
2.2 Ta,el l$8u$' 'an apor
Sifat dari uap air dilihat pada tabel A9 dan air pada tabel A9: disini sering dikatakan sebagai
tabel super3eated uap dan tabel compressed li2uid . !abel AG5 dan AG6 memberikan nilai dari beberapa sifat sebagai fungsi dari tekanan dan temperature. Sifat pertama volume spesifik (v)/
selanjutnya energy dalam spesifik (u), nthalpi spesifk (3) dan ntropy spesifik (s). "ada tabel AG
5 memberikan volume spesifik uap air pada tekanan &>> bar dan temperature 7>>>J adalah 4;,4:
cm4/gram. "ada temperature &>>>J dan tekanan &>> bar pada tabel AG6 memperoleh volume
spesifik liFuid air &,>4;6 cm4/gram. !abel AG5 memberikan volume spesifik uap air pada
tekanan 6>> lbf/in dan temperature 7>>>0 adalah &,&6; ft4/lb. "ada tabel AG6 memberikan
volume spesifik liFuid air pada tekanan 6>> lbf/in dan temperature &>>>0 adalah >,>&7&>7
ft4/lb.
2. Ta,el saturate'
!abel saturated, tabel AG dan AG4 daftar nilai property untuk keadaan saturated liFuid dan
saturated uap. *ilai keadaan property disini dinotasikan dengan dan % . "ada tabel AG disebut
tabel temperature karena kolom pertama temperature. 9olom kedua memberikan saturated
tekanan, kolom selanjutnya volume spesifik saturated liFuid (v; dan volume spesifik uap (v; .
!abel AG4 disebut tabel tekanan karena kolom pertama, kolom kedua temperature saturated.
9olom selanjutnya v dan v%. 2olume spesifik dua fasa campuran liFuid $ uap dapat ditentukan
dengan menggunakan tabel saturated dan definisi kualitas pada persamaan . !otal volume
campuran adalah
uaplig V V V += ibagi dengan total masa campuran, volume spesifik rataGrata untuk
campuran didapatm
V
m
V
m
V v
uaplid +==
2liF 1 mliF .vf dan 2uap 1 muap . vuap g
uap
f
li2v
m
mv
m
mv
+
=
9ualitas uap D 1 muap/m dan sebagai catatan baha mliF 1 & $ D maka persamaan menjadi
)()&( f g f g f vv xv xvv xv −+=+−= 33333333333333..333(4)
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
14/46
14
!am,ar 2.2
2.: Ener%$ 'alam spes$$# 'an ent/alpyidalam analisis termodinamika penjumlahan energi dalam , dan produk tekanan ! dan volume
V , , + !V adalah enthalpy dengan notasi 6. dapat juga diekpresikan dalam persatuan masa
v - volume spesifi% dengan satuan ( m07%g )/ (ft07l&)
u - energi dalam spesifi% dengan satuan (%'7%g). (&tu7l&)
3 - ent3alp8 dalam spesifi% dengan satuan (%'7%g)/ (&tu7l&)
3 - u + p.v
2.< Panas spes$$#
V
V 1
u9
∂∂
=
!
! 1
39
∂∂
=
V
!
9
9 % =
333333333.3333333333.333.5
"endekatan penggunaan h liFuid 3 (1/!) - uf (1) + vf (1) :! 4 !sat (1) ; 33333.33.33..6
Contoh
Sebuah tangki kaku dindingnya diisolasi mempunyai volume &> ft4 terisi saturated uap air pada
temperature & >0. Air diaduk sampai mencapai tekanan > lbf/in. !entukan temperature
keadaan akhir dan kerja selama proses dalam #!E. iketahui @ pengadukan, uap air dalam tangki kaku dari keadaan saturated uap
temperature & >0 pada tekanan > lbf/in Jari @ !entukan temperature keadaan akhir dan kerja Skema dan data
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
15/46
1&
Asumsi @
&. Eap air adalah sistem tertutup. 9eadaan &, dan seimbang
Contoh -
Air terisi didalam pasangan pistonGsilinder melakukan dua proses secara seri dari keadaan aal
dimana tekanan &> bar dan temperatue 5>>>J.
"roses & $ Air didinginkan pada tekanan konstan ke saturated uap tekanan &> bar
"roses $ 4 Air didinginkan volume konstan temperature &6>>J.a. Sket kedua proses dengan diagram 1 4 V dan ! $ V
&. !entukan kerja untuk semua proses dalam k'/kg
c.!entukan heat transfer untuk semua proses
iketahui @ Air terisi didalam pasangan piston $ silinder melakukan dua proses yaitu
pendinginan dan penekanan yang dijaga tekanan konstan dan didinginkan volume konstan. Jari @ Sket kedua proses diagram 1 4 V dan ! 4 V . !entukan kerja dan heat transfer untuk
semua proses per unit masa didalam pasangan piston $ silinder
Skematik dan data @
Asumsi@
&. Air sistem tertutup
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
16/46
1'
. "iston dimode hanya kerja
4. !dak ada energi kinetik dan potensial
2.: Mo'el !as I'eal
+ubungan antara tekanan, volume spesifik dan temperatur untuk gas pada beberapa keadaan
diberikan rumus
&.
.==
1 R
V ! Z
""
"2'
imana @ 81 faktor kompresibel
−
R;,4&5 k'/kmol.9
"1 !ekanan &,
K1 volume spesifik &656 ft.lbf/lbmol.>
1 konstanta gas universal
!1 temperatur
I1 berat atom atau molekul
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
17/46
1
Rd1
du
d1
d3 +=
diintegralkan menjadi
R1 9 1 9 v p += )()( ""3/
!er&andingan panas spesifi%
)()(
1 9 1 9 %
v
p= ""
31
9p = 9v dan nilai k &
&
.)(
−=%
R% 1 9 p
dan &)(
−=%
R1 9 v
"" "32
2.:. Proses pol$trop$c pa'a %as $'eal
"ada proses politropic sistem tertutup yang berhubungan antara tekanan dan volume
nn V ! V ! ,,&& .. =
n
V
V
!
! )(
,
&
&
, =
n
V ! V pdV p
−−
=∫ &..
. &&,,,
& ( n 6 1)""33
&
,&&
,
&
ln...V V V ! dV p =∫
(n 1 )""34
nn
!
!
1
1 /)&(
&
&
)( −=
(gas ideal) """""3&
n
1 1 mRdV p
−−
=∫ &).(
. &,,
& (gas ideal n 6 1 ) "
"3'
&
,
,
&
ln..V
V mR1 dV p =∫
(gas ideal n 1 ) ""3
Contoh
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
18/46
1+
ua tangki dihubungkan oleh sebuah katup. Satu tangki terisi kg gas carbon monoksida
temperature ::>J dan tekanan >,: bar. !angki yang lain terisi ; kg gas yang sama temperature :
>J dan tekanan &, bar. 9atup dibuka dan gas bercampur menerima energi oleh heat transfer dari
lingkungan. !emperatur akhir dalam keadaan 5 >J. "enggunaan gas ideal, tentukan@
a. !ekanan seimbangan akhir dalam, (bar) b. +eat transfer untuk proses dalam, (k')
iketahui @ ua tanki berisi gas JL yang berbeda pada keadaan aal
dihubungkan dengan katup. 9atup dibuka gas bercampur . !emperatur akhir
dalam keadaan seimbang Jari @ Ienentukan tekanan akhir dan heat transfer pada proses Skematik dan data @
Asumsi@
5. %as JL adalah sistem tertutup6. %as diperlakukan sebagai gas ideal
7. "ada aal gas kondisi seimbang, pada keadaan akhir seimbang
:. !dak terjadi transfer energi ke atau dari gas oleh kerja;. "erubahan energi kinetik dan potaensial diabaikan
Analisis
Soal $ soal
&. Jampuran dua fasa liFuid $ vapor +L mempunyai temperature 4>>>J dan kualitas :6M.Jampuran mempunyai volume >,>6 m4. !entukan prosentase masa turated saturated
liFuid dan saturated vapor.
. *itrogen (*) dengan volume liter pada tekanan >>9. !entukan masa *itrogen (kg)
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
19/46
1,
. ANA6ISIS ENER!I O6"ME KONTRO6
.1 Ke#e#alan Masa Pa'a olume Kontrol
"rinsip kekekalan masa volume control seperti pada gambar 5.&b menunjukan system terdiri
dari sejumlah masa mi dan mc (t) dalam system, maka jumlah masa m m= mc (t) % mi
idalam interval aktu &t semua masa masuk meleati batas volume kontrol menjadi me
%ambar 5.&c. "ada aktu sejumlah masa pada kondisi dapat diekpresikansebagai
!am,ar .1
m = mc (t %&t ) % me
mc (t) % mi = mc (t %&t ) % me
mc (t %&t ) $ mc (t) = mi % me
t
m
t
m
t
t mt t m eicvcv
∆−
∆=
∆−∆+ )()(
dt
dm
t
t mt t m cvcvcv
t
=
∆−∆+
→∆
)()(lim
>
ii
t
mt
m •
→∆=
∆lim>
ee
t
mt
m •
→∆=
∆lim>
ei
cv mmdt
dm ••−=
atau
∑∑ ••
−= eicv mm
dt
dm
""3+
. 5entu# Kese$m,an%an la&u masa
'umlah masa didalam volume control pada saat t dapat dihubunghan dengan density
c)
a)
)
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
20/46
2/
V m .. ρ =•
atauυ
V m
.=
•
(satu dimensi) 3333333333333.33333..4<
∑∑ −=e e
ee
i i
ii9V V V
dt
dm
υ υ
..
(satu dimensi) 3333333333333333..3.3..5>
eeii
mm
∑∑
••
=
(Steady state) 33333333333333.333335&
Contoh /
Sebuah feedater heater beroperasi steady state mempunyai dua sisi masuk dan satu sisi keluar.
"ada sisi masuk & uap air masuk pada tekanan ! 1 : bar, !&1 >> >J dengan laju masa 5> kg/det.
Sisi masuk air tekanan !# 1 : bar, !1 5> >J melalui luas penampang A1 6 cm. Saturated
liFuid tekanan !0 1 : bar keluar melalui sisi 4 dengan laju aliran >,>7 m4/det. !entukan laju masa
pada sisi masuk dan kecepatan sisi masuk
iketahui @ sebuah aliran bercampur antara uap dengan air untuk menghasilkan aliran saturated
liguid pada sisi keluar. 9eadaan sisi masuk dan keluar secara spesifik. Caju masa, laju
volume
icari @ laju masa pada sisi masuk dan kecepatan
Sketsa dan data @
Analisis @
Sejumlah masa melalui melalui d A selama interval aktu
=t 1 N (2n. =t) d A
Caju sesaat masa mengalir melalui d A 1 N 2n d A
∫ =V
cv dV t m .)( ρ
ee
n
ii
nv
dV dV dvdt
d ∑ ∫ ∑ ∫ ∫
−
= ..... ρ ρ ρ
Asumsi @
&."roses steady state
. Aliran sisi masuk dan keluar satu dimensi
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
21/46
21
.2 #onservas$ ener%$ pa'a volume #ontrol
.2.1 Per#em,an%an pa'a #ese$m,an%an la&u ener%$ volume #ontrol
"rinsip konservasi energi pada volume kontrol seperti pada gambar 5.& yang menunjukan
sejumlah masa tetap menempati daerah yang berbeda pada aktu t 'an t%&t
),
()()(
ii
ii9V gz V
umt E t E +++=
idalam interval aktu &t
)
()()(
ee
ee9V gz V
umt t E t t E +++∆+=∆+
9eseimbangan sistem tertutup dapat diaplikasikanW )t E t t E −=−∆+ )()(
3333333333333333.33.5
W ) gz V umt E gz V umt t E ii
ii9V ee
ee9V −=
+++−
+++∆+ )
,()(
,()(
,,
e9V t t E )( ∆+ )(t E 9V W ) − 7)
,(
ii
ii gz V
um ++
),
(,
ee
ee gz V
um ++
"43
9emudian dibagi interval aktu *t/ kemudian dalam limit *t mendekati > maka persamaan menjadi
+−= ••
W )dt
dE 9V ),
(,
ii
ii gz V
um ++•
)
,(
,
ee
ee gz V
um ++•
""44
.2. Ker&a pa'a volume #ontrol
Caju aktu energi transfer oleh kerja dari volume kontrol sisi keluareee V p ).(=
Caju kerja pada persamaan 4 dapat ditulisiiieee9V V pV pW W ).().( −+=
••
4&
Gamar
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
22/46
22
).().( iiieee9V v pmv pmW W ••••
−+=
"""""4'
imana p 1tekanan v 1 volume spesifik V 1 kecepatan u 1 energi dalam 1 luasan
g 1 gravitasi z 1 ketinggian
.2.2 5entu# #ese$m,an%an la&u ener%$ volume #ontrol
+−= ••
9V 9V 9V W )dt
dE )
,(
,
ii
iiii gz V
v pum +++•
)
(
ee
eeee gz V
v pum +++•
""4
+−= ••
9V 9V 9V W )dt
dE )
,(
,
ii
ii gz V
3m ++•
)
(
ee
ee gz V
3m ++•
"""4+
3 adalah enthalpy pvu +
#ila pada beberapa lokasi, persamaannya
+−= ••
9V 9V 9V W )dt
dE )
(
,
ii
ii
i
gz V
3m ++•
∑
),
(,
ee
e
ee
gz V
3m ++•
∑
""""4,
. Anal$s$s volume #ontrol pa'a #on'$s$ stea'y state (tetap;
+−=••
9V 9V W )>
)
(,
ii
ii
i
gz V
3m ++•
∑
),
(,
ee
e
ee
gz V
3m ++•
∑
"&/
..1 No>>el 'an D$user
Gamar 4.2 N!!e" #a$
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
23/46
23
Contoh 0
Eap masuk nozzel beroperasi steady state dengan& p 1 5> bar, !&1 5>> >J dan kecepatan &> m/det.
Eap mengalir melalui nozzel dengan mengabaikan heat transfer dan perubahan energi potensial. "ada sisi
keluar , p
1 &6 bar dan kecepatan 776 m/det. Caju masa kg/det. !entukan luas penampang nozzel
iketahui @ Eap mengalir steady state melalui nozzel dengan properti sisi masuk dan keluar, laju
masa dan mengabaikan heat transfer dan energi potensial
itanya @ Cuas penampang nozzel sisi luar
Skema dan data
Asumsi@
&. "roses steady state. "erubahan energi potensial sisi masuk dan keluar diabaikan
4. +eat transfer diabaikan,>=
•
9V W
.. Tur,$n
!urbin sebuah alat yang menghasilkan kerja dikembangkan sebagai hasil dari gas atau liFuid
yang leat melalui blade (sudu) ke poros berputar bebas. Entuk turbin pada kondisi steady state
persamaannya
−+
−+−+−=
•••
)(,
)(> ,&
,
,
,
&,& z z g
V V 33mW ) 9V 9V
&1
ibagi laju masa menjadi
−+
−+−+−= •
•
•
•
)(,
)(> ,&
,
,
,
&,& z z g
V V 33
m
W
m
)9V 9V
&2
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
24/46
24
Contoh 1
Eap masuk turbin beroperasi steady state dengan laju masa 57>> kg/jam. !urbin bekerja
menghasilkan daya output sebesar &>>> k?. "ada sisi masuk tekanan 7> bar, temperatur 5>> >J
dan kecepatan &>m/det. "ada sisi keluar turbin tekanan >,& bar, kualitas uap >,< (M) dan
kecepatan 6> m/det. !entukan heat transfer antara turbin dan lingkungan.
iketahui @ !urbin beroperasi steady state. Caju mas, daya output dan kondisi sisi masuk turbin
dan keluar diketahui
itanya @ menghitung laju transfer panas
Skema dan data@
..2 Kompresor 'an pompa
9ompresor adalah alat dimana kerja dilakukan pada gas untuk menghasilkan tekanan
"ompa kerja input digunakan untuk merubah keadaan liFuid melaluinya
Gamar 4.3
Asumsi@
&. "roses steady state
. "erubahan energi potensial
sisi masuk dan keluar
diabaikan
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
25/46
2&
Contoh 11
Edara masuk kompresor beroperasi steady state pada tekanan & bar, temperatur 9 dan
kecepatan 7m/det melalui luas sisi masuk >,& m. "ada sisi keluar tekanan : bar, temperatur 56>
9 dan kecepatan m/det. +eat transfer dari kompresor ke lingkungan yang terjadi sebesar &;>
k'/kg. Edara diperlakukan sebagai gas ideal, hitung daya input kompresor.
iketahui @ kompresor udara beroperasi steady state dengan diketahui sisi masuk dan keluar
itanya @ daya yang diperlukan oleh kompresor
Skema dan data @
Analisis @
Contoh 1"
Sebuah pompa untuk mengangkat air dengan laju masa > lb/det melalui sebuah pipa . "ada sisi
masuk pipa tekanan &5,: lbf/inc, temperatur 7; >0 dan kecepatan &> ft/det. "ada sisi keluar pipa
tekanan > lbf/inc, temperatur 7; >0 dan kecepatan 5> ft/det. Cokasi keluar pipa pada
ketinggian 6> ft diatas sisi masuk. !entukan daya yang diperlukan pompa, percepatan gravitasi 4
ft/det.
iketahui @ air diangkat oleh pompa bekerja steady state melalui pipa dengan ketinggian pada sisi
keluar pipa, laju masa, kondisi sisi masuk dan keluar
itanya @ daya diperlukan oleh pompa
Gamar 4.4
Asumsi@
&."roses steady state
."erubahan energi potensial sisi masuk dan
keluar diabaikan
3" Edara diperlakukan sebagai gas ideal
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
26/46
2'
Skema dan data @
.. Heat E?c/an%ers
Contoh 1'
!22/ lbf#inc2
82 '+ /C2 4/ ft#det
Asumsi@
&."roses steady state
.+eat transfer antara volume kontrol dan lingkungan
diabaikan
3" "ercepatan gravitasi g 1 4 ft/det
Pmp
!1 14
lbf#inc2
81 '+ /C1 1/
Gamar 4.5 %eat
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
27/46
2
Eap masuk kondensor pada sebuah pembangkit daya uap bertekanan >,& bar dengan kualitas uap
,& bar, temperatur 56 >J . "endinginan air masuk
kondensor yang terpisah dari uap bertemperatur > >J dan keluar bertemperatur 46 >J dengan
tidak ada perubahan tekanan. +eat transfer dari sisi luar kondensor dan perubahan energi kinetik
serta energi potensial diabaikan. "rosesnya steady state, tentukan b. "erbandingan laju masa antara pendingin air dan uap
c. Caju transfer energi dari kondensasi uap dengan air pendingin yang melalui
kondensor
iketahui @ uap dikondensasi secara steady state oleh interaksi dengan air dan uap yang terpisah
itanya @ menentukan perbandingan laju masa antara uap dan air pendingin dan laju transfer
energi dari uap ke air pendingin
Skema dan data @
Asumsi @
IasingGmasing volume kontrol proses steady state
+eat transfer antara kondensor dan lingkungan diabaikan.>=
•
9V W
"erubahan energi kinetik dan potensial dari sisi masuk dan keluar diabaikan
CiFud dimodel inkompresibel untuk air pendingin, tekanan dijaga konstan
Analisis @
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
28/46
2+
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
29/46
2,
( ) dpV dV pd, pV d d, d6 .. ++=+=Vdpd6 pdV d, −=+
dpV d6 dS 1 .. −=
>el= #ompresor 'an pompa
fisiensi *ozzel isentropik@( )
S
nozzel V
V ,
,
,
,=η
E$s$ens$ Tur,$n Isentrop$# @
& 33
m
W cv −=•
•
S
S
cv
33m
W ,& −=
•
•
S cv
cv
tur&in
mW
mW
=••
••
/
/
η
onto/ 1
Eap masuk turbin beroperasi steady state dengan kondisi tekanan dan temperatur masuk "& 1 6
bar, !& 1 4> >J. Eap meninggalkan turbin tekanan & bar, tidak ada heat transfer antara turbin
dengan lingkungan serta perubahan energi kinetik dan potensial dari sisi masuk dan keluar
diabaikan. 'ika efisiensi turbin :6 M , tentukan kerja yang dihasilkan turbin per unit masa
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
30/46
3/
iketahui @ Eap ekspansi melalui turbin beroperasi steady state dengan ditetapkan temperatur,
tekanan sisi masuk dan tekanan sisi keluar
itanya @ 9erja yang dilakukan turbin per satuan masa
Skema dan data @
Asumsi @
&. 2olume kontrol, steady state
. kspansi adiabatik dan perubaha
energi kinetik dan potensial diabaikan
pada sisi masuk dan keluar
Analisis @
9erja yang di kembangkan turbin dapat ditentukan menggunakan efisiensi turbin isentropik
S
cv
cv
tur&inmW
mW
= ••
••
/
/
η
( )S t S
t cv 33
mW
m
W &. −=
= •
•
•
•
η η
( ) %g %' m
W cv /6:6,> =−=•
•
onto/ 1:
Sebuah turbin beroperasi steady state menerima udara pada tekanan "& 1 4 bar dan temperatur !&
1 4 9 . Edara keluar turbin tekanan " 1 & bar. 9erja yang dikembangkan udara melalui turbin
sebesar :5 k'. !urbin beroperasi adiabatik dan perubahan energi kinetik dan potensial antara
antara sisi masuk dan keluar dapat diabaikan. Edara penggunaan sebagai gas ideal. !entukan
efisiensi turbin.
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
31/46
31
onto/ 1<
Eap masuk nozzel beroperasi steady state "& 1 &Ipa temperatur !& 1 4> >J dengan kecepatan
4> m/det. !emperatur dan tekanan keluar nozzel ! 1 &;> >J, " 1 >,4 Ipa. !idak berarti heat
transfer antara nozzel dengan lingkungan serta perubahan energi kinetik dan potensial diabaikan.
!entukan efisiensi nozzel
E$s$ens$ Pompa 'an Kompresor Isentrop$# @
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
32/46
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
33/46
33
A @ Entuk mensuplai energi dikehendaki yang terdiri turbin, kondensor, pompa dan boiler.
# @ #oiler sebagai pembangkit uap air sebagai bahan bakar berupa batubara, gars atau minyak.
J @ "endingin kondensor untuk pengembunan dari campuran uap dan air dari turbin menjadi cair
semua sebelum masuk ke pompa
@ %enerator listrik menghasilkan listrik dimana rotor digerakan dari daya turbin
SIK6"S RANKINE
Pr$ns$p #er&a 'an /eat transer@
−+
−+−+−=
•••
)(,
)(> ,&
,
,
,
&,& z z g
V V 33mW ) 9V 9V
9er:a turbin ;
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
34/46
34
45 33
m
Wp−=•
•
5& 33
m
)in −=•
•
fisiensi thermal @
( ) ( )
( )5&
45&
/
//
33
3333
m)
mW mW
in
pt
−−−−
=−
= ••
••••
η
( )
( )5&
4,&&
/
//
33
33
)
)
m)
m)m)
in
out
in
out in
−−
−=−=−
= •
•
••
••••
η
#ack ork ratio (br)@
( )
( )&
45
/
/
33
33
mWt
mW &>r
p
−
−== ••
••
S$#lus Ran#$ne $'eal
0luida kerja melakukan proses internal reversible@
"roses & $ 0luida kerja melakukan ekspansi isentropik melalui turbin dari saturated uap
keadaan & ke kondensor
"roses G 4 +eat transfer dari fluida kerja mengalir tekanan konstan melalui kondensor dengan
saturated liFuid keadaan 4
"roses 4 G 5 9ompresi isentropik dilakukan pada pompa ke keadaan 5
"roses 5 G & +eat transfer ke fluida kerja mengalir dengan tekanan konstan melalui boiler
iagram ! G S
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
35/46
3&
∫ =
•
•5
4
int
.dpv
m
W
rev
p
( )454
int
p pv
m
W
rev
p −=
•
•
onto/ 1
Eap sebagai media kerja pada siklus ankine, saturatetd uap masuk ke turbin pada tekanan
; Ipa dan keluar saturated liFuid dari kondensor dengan tekanan >,>>; Ipa. aya netto output
siklus &>> I?. !entukan pada siklus (a) efisiensi thermal, (b) back ork ratio, (c) laju masa uap
yang mengalir, (d) laju heat transfer Oin melalui boiler, (e) laju heat transfer Oout dari uap
dikondensasi yang melalui kondensor, (f) laju masa air pendingin melalui kondensor jika air
pendingin masuk dan keluar kondensor masingGmasing &6 Jo dan 46 Jo
Asumsi@
&. IasingGmasing komponen dianalisis sebagai volume kontrol,steady state
Gamar +a*ram emperatur / $trpy +k"us
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
36/46
3'
. Semua proses fluida internal reversible
4. !urbin dan pompa beroperasi adiabatik
5. nergi potensial dan kinetik diabaikan
6. Saturated uap masuk ke turbin, embun keluar dari kondensor saturated liFuid
Analisis@
Pr$ns$p Irrevers$,le 'an #e/$lan%an
S
S
t
t
t 33
33
mW
mW
&
&
/
/
−−
=
=••
••
η
45
45
/
/
33
33
mW
mW S
p
S
!
p −−
=
=••
••
η
onto/ 1:
Seperti contoh soal &5 tetapi dalam menganalisis baha turbin dan pompa masingGmasing
mempunyai efisiensi isentropik ;6 M !entukan mudifikasi siklus (a) efisiensi thermal, (b) back
ork ratio, (c) laju masa uap yang mengalir, (d) laju heat transfer Oin melalui boiler, (e) laju heattransfer Oout dari uap dikondensasi yang melalui kondensor, (f) laju masa air pendingin melalui
kondensor jika air pendingin masuk dan keluar kondensor masingGmasing &6 Jo dan 46 Jo
Asumsi@
&. IasingGmasing komponen dianalisis sebagai volume kontrol,steady state
. Semua proses fluida internal reversible
4. !urbin dan pompa beroperasi adiabatik dengan efisiens;6Mi
5. nergi potensial dan kinetik diabaikan6. Saturated uap masuk ke turbin, embun keluar dari kondensor saturated liFuid
Analisis@
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
37/46
3
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
38/46
3+
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
39/46
3,
SISTEM DA*A !AS
idalam mesin pembakaran dalam empat langkah (stro%e), piston menetapkan empat langkah
berbeda didalam silinder setiap perubahan pada crankshaft. Seperti pada gambar
S$#lus OTTO u'ara9 Stan'ar
&& uum
W −=
54
45 uum
W −=
4
4 uum
)−=
&5
5& uum
)−=
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
40/46
4/
( ) ( )&54&45 uuuum
W
m
W
m
W si%lus −−−=−=
( ) ( )&545&4 uuuum
)
m
)
m
W si%lus −−−=−=
( ) ( )( )
( )( ),4
&5
,4
&5,4 &uuuu
uuuuuu
t3ermal −−−=
−−−−=η
=
=
r
v
V
V vv r r r
&
&
,&,
4
4
545 r r r rvV
V vv =
=
,4 V V =
4
5
,
&
V
V
V
V r ==
&
&
,
&
&
, −
−
=
= %
%
r
V
V
1
1
&
&
5
4
4
5 &−
−
=
=
%
%
r V
V
1
1
( )
( )4
&5&1 1 9
1 1 9
v
vt3ermal −
−−=η
−
−
−=&
&
&
4
&
5
&
1
1
1
1
1
1 t3ermal η
Iean ffective "ressure (mep)
−
=
−
=
&
&
& &V V V
W
V V
W mep si%lus si%lus
onto/ 1B
Siklus L!!L dimulai proses dari proses kompresi pada temperatur aal 4>> 9, tekanan &bar,
volume >,> m4 dan perbandingan kompresi ;. !emperatur maksimum selama siklus >>> 9.
!entukan (a) temperatur dan tekanan masing pada akhir proses, (b)efisiensi thermal, (c)mean
effectiv pressure (mep)
iketahui @ siklus L!!L standard udara nilai perbandingan kompresi dengan menetapkan
dimulai kompresi dan temperatur maksimum
icari @ tekanan dan temperatur akhir masingGmasing proses, effisiensi thermal, mean
effective pressure (mep)
Skema dan data
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
41/46
41
Assumsi@
a) Edara didalam pasangan pistonGsilinder sistem tertutup
b) "roses kompresi dan ekspansi adiabatik
c) Semua proses adalah internal reversibel
d) Edara sebagai gas ideal
e) nergi kinetik dan potensial diabaikan
S$#lus D$esel "'ara Stan'ar'
9erja@
( ),4,
4
,
,4 . vv pdv pm
W −== ∫
( ) ,4,4,4 W )uum −=−
( ) ( ) ( ) ( )44444 pvu pvuvv puum
)+−+=−+−=
,4 33 −=
&55& uum
)−=
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
42/46
42
( )
( )4
&5
4
5&
4
&&33
uu
m
)m
)
m
)m
W si%lus
t3ermal −−
−=−==η
Jutoff ratio
4
V
V r 9 =
onto/ +
Siklus iesel dimulai proses kompresi dengan perbandingan kompresi &;, temperatur aal 4>> 9
dan tekanan >,& Ipa. Jutoff ratio . !entukan (a) temperatur dan tekanan akhir masingGmasing
proses (b) effisiensi thermal (c)mean effektif pressur.
iketahui @ siklus iesel standard udara nilai perbandingan kompresi dengan menetapkan
dimulai kompresi dan cutoff ratio
icari @ tekanan dan temperatur akhir masingGmasing proses, effisiensi thermal, mean
effective pressure (mep)
Skema dan data
Assumsi
a) Edara didalam pasangan pistonGsilinder sistem tertutup
b) "roses kompresi dan ekspansi adiabatik
c) Semua proses adalah internal reversibel
d) Edara sebagai gas ideal
e) nergi kinetik dan potensial diabaikan
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
43/46
43
S$#lus Dual Stan'ar' u'ara
&& uum
W
−= 44 uum
)
−= ( )4545 vv pm
W
−=
45
45 33m
)−=
65
56 uum
W −=
&6
6& uum
)−=
( )( ) ( )454
&6
454
6
454
&&33uu
uu
m
)
m
)m
)
m
)
m
)m
W si%lus
t3ermal −+−−
−=
+
−=
+
=η
onto/ 1C
imulai proses kompresi pada siklus ual standard udara dengan perbandingan kompresi &;,
temperatur 4>> 9, tekanan >,& Ipa. !ekanan ratio untuk volume konstan pada proses pemanasan
&,6 @ &. "erbandingan volume untuk tekanan konstan proses pemanasan &, @ &. !entukan
(a)effisiensi thermal (mep)
iketahui @ siklus ual standard udara ditetapkan pasangan pistonGsilinder dimulai proses
kompresi dan menetapkan ratio tekanan dan volume
icari @effisiens i thermal, mean effective pressure (mep)
Skema dan data@
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
44/46
44
Assumsi
a) Edara didalam pasangan pistonGsilinder sistem tertutup
b) "roses kompresi dan ekspansi adiabatik
c) Semua proses adalah internal reversibel
d) Edara sebagai gas ideal
e) nergi kinetik dan potensial diabaikan
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
45/46
4&
8/19/2019 DIKTAT THERMODINAMIKA.docx
46/46
4'