hukum-i-dan-ii-termodinamika.docx

1 Makalah Termodinamika LA ODE ASMIN/ F1B1 07003

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI

.... ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ....

i

KATA PENGANTAR

.... ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ....

ii

BAB I PENDAHULUAN

........... .......... ......... ......... ......... ......... ......... ......... .......... .... 1 Latar Belakang .... ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... Rumusan Masalah .... ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... Tujuan Penulisan .... ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... Metode Penulisan .... ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ....

1 2 2 2

BAB II PEMBAHASAN

.... ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ....

3

Persamaan keadaan .....................................................................

3

System dan persamaan keadaanya ................................. 3 Persamaan

keadaan

dalam

termodinamika............................................. Persamaan

keadaan

.............................................

van

5 der

5

HUKUM I DAN II TERMODINAMIKA DAN APLIKASINYA

Waals


Persamaan keadaan Lain pada Gas Nyata ................................. Persamaan

8

keadaan

Redlich-Kwong

.............................................

10

BAB III PENUTUP

.................................................. Simpulan

14

.................................................. 14

DAFTAR PUSTAKA

APLIKASI HUKUM TERMODINAMIKA

BAB I PENDAHULUAN Ter Termo modi dina nami mika ka (bah (bahas asa a Yuna Yunani ni:: ther thermo mos s = 'pana 'panas' s' and and dynamic = 'perubahan') adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan dan kesp kespon onta tana nan n pros proses es.. Term Termod odin inam amik ika a berh berhub ubun unga gan n deka dekatt dengan

mekanika

statistik

di

mana

banyak

hubungan

term termod odin inam amik ika a bera berasal sal.. Pada Pada sist sistem em di mana mana terj terjad adii pros proses es peruba perubahan han wujud wujud atau atau pertuk pertukaran aran energi energi,, termo termodin dinami amika ka klasik klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses



rea reaksi ksi

berl berlan angs gsun ung) g)..

Kare Karen na

alas alasan an

ini, ini,

peng penggu guna naan an

isti stilah lah

"termodinamika" biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang. Karena Karena termod termodina inami mika ka tidak tidak berhub berhubung ungan an dengan dengan konsep konsep waktu,

telah

seha seharu rusn snya ya kebe keben naran aranny nya a

diusul sulkan

dina dinama makan kan sang sangat at

bahwa

termodinamika

term termos osta tati tik. k. umum umum,,

dan dan

Hukum Hukum

set setimbang

term termod odin inam amik ika a

huku hukum m-huk -hukum um

ini

tida tidak k

bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecual perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka mereka dan lingkungan. Contohnya Contohnya termasuk termasuk perkiraan Eins Einste tein in tent tentan ang g emisi misi spon sponta tan n dala dalam m abad abad ke-2 ke-20 0 dan dan rise risett sekarang ini tentang termodinamika benda hitam.



BAB II PEMBAHASAN Sistem Sistem termod termodina inamik mika a adalah adalah bagian bagian dari dari jagat jagat raya raya yang yang dipe diperh rhit itun ungk gkan an..

Sebu Sebuah ah

bata batasa san n

yang yang

nyat nyata a

atau atau

imaj imajin inas asii

memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Klasif Klasifika ikasi si sistem sistem termod termodina inami mika ka berdasa berdasarkan rkan pada pada sifat sifat batas batas sist sistem em-l -lin ingk gkun ungan gan dan dan perp perpin inda dahan han mate materi ri,, kalor kalor dan dan entr entrop opii antara sistem dan lingkungan. Ada Ad a tiga tiga jeni jenis s siste sistem m berd berdas asark arkan an jeni jenis s pert pertuk ukara aran n yang yang terjadi antara sistem dan lingkungan: 1. Sistem Sistem Terisol Terisolasi: asi: tak terja terjadi di pertukaran pertukaran panas, panas, benda benda atau atau kerj kerja a deng dengan an ling lingku kung ngan an.. Cont Contoh oh dari dari sist sistem em teriso terisolasi lasi adalah adalah wadah wadah teriso terisolasi lasi,, sepert sepertii tabung tabung gas terisolasi. 2. Sistem Sistem Tertutu Tertutup: p: terjad terjadii pertuk pertukaran aran energi energi (panas dan kerja) kerja) tetapi tetapi tidak tidak terjad terjadii pertuk pertukaran aran benda benda dengan dengan ling lingkun kunga gan. n. Ruma Rumah h hija hijau u adal adalah ah cont contoh oh dari dari sist sistem em tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. 3. Sistem Terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan

kerj kerja) a) dan dan

bend benda a

deng dengan an ling lingku kung ngan anny nya. a. Sebu Sebuah ah

pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permea permeabel bel.. Samudr Samudra a merupa merupakan kan contoh contoh dari dari sistem sistem terbuka. Dala Dalam m keny kenyat ataa aan, n, sebu sebuah ah sist sistem em tida tidak k dapa dapatt teri teriso sola lasi si sepe sepenu nuhn hnya ya dari dari ling lingkun kunga gan, n, kare karena na past pastii ada terj terjadi adi sedi sediki kitt



penc pencam ampu pura ran, n, meski meskipu pun n hanya hanya pene peneri rima maan an sedi sediki kitt pena penari rikan kan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem. Ter Terda dapa patt empa empatt Huku Hukum m Dasa Dasarr yang yang berl berlak aku u di dala dalam m sist sistem em termodinamika, yaitu: Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika Termodinamika

Hukum Hukum ini menyat menyatakan akan bahwa bahwa dua sistem sistem dalam keadaan keadaan setim setimbang bang dengan dengan sistem sistem ketiga ketiga,, maka maka ketiga ketiganya nya dalam dalam saling saling setimbang satu dengan lainnya.

Hukum Pertama Termodinamika Termodinamika

Huku Hukum m ini ini terk terkai aitt deng dengan an keke kekekal kalan an ener energi gi.. Huku Hukum m ini ini menyatakan

perubahan

energi

dalam

dari

suatu

sistem

termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem. Hukum Hukum pertam pertama a termod termodina inami mika ka adalah adalah suatu suatu pernya pernyataan taan mengenai

hukum

universal

dari

kekekalan

energi

dan

meng mengid iden enti tifi fikas kasik ikan an perp perpin inda dahan han panas panas sebag sebagai ai suatu suatu bent bentuk uk perpindahan energi. Pernyataan paling umum dari hukum pertama termod termodina inamik mika a ini berbun berbunyi: yi: Kenaik Kenaikan an energi energi intern internal al dari suatu suatu sistem termodinamika sebanding dengan jumlah energi panas yang dita ditamb mbah ahka kan n ke dala dalam m sist sistem em diku dikura rang ngii deng dengan an kerj kerja a yang yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya. Pond Pondas asii huku hukum m ini ini pert pertam ama a kali kali dile dileta takk kkan an oleh oleh Jame James s Presco Prescott tt Joule Joule yang melalu melaluii eksper eksperime imen-e n-ekspe ksperim rimenn ennya ya berhasi berhasill menyimpulkan bahwa panas dan kerja saling dapat dikonversikan.



Pernyataan eksplisit pertama diberikan oleh Rudolf Clausius pada 1850: 1850: "Terda "Terdapat pat suatu suatu fungsi fungsi keadaa keadaan n E, yang yang disebu disebutt 'energ 'energi', i', yang diferensialnya sama dengan jumlah kerja yang dipertukarkan dengan lingkungannya pada suatu proses adiabatik." Hukum kekekalan energi: Energi tidak dapat diciptakan dan tida tidak k

dapat dapat

diha dihanc ncur urka kan/ n/di dihi hila lang ngkan kan..

Tetap Tetapii

dapa dapatt

ditr ditrans ansfe ferr

dengan dengan berbag berbagai ai cara. cara. Aplika Aplikasi: si: MesinMesin-me mesin sin pembang pembangkit kit energi energi dan pengguna pengguna energi. energi. Semuanya Semuanya hanya mentransfer mentransfer energi, energi, tidak menciptakan dan menghilangkan. Aplikasi : ANALISIS TERMODINAMIKA SISTEM TERBUKA

Dalam Dalam pers persoa oala lan n yang yang meny menyang angkut kut adany adanya a alir aliran an mass massa a ke/d ke/dari ari sist sistem em maka maka sist sistem emny nya a adala adalah h sist sistem em terb terbuk uka( a(co cont ntro roll vol volume ume). Cont Contoh ohny nya a

:

water ater heate eater, r, radi adiator ator mobi obil, turbi urbin, n,

komp kompre ress ssor or,, nozl nozle e dll. dll. Tidak Tidak ada ada atur aturan an meng mengen enai ai bagai bagaima mana na memili memilih h sistem sistem,, tetapi tetapi yang pentin penting g adalah adalah pemil pemiliha ihan n terseb tersebut ut dapat memudahkan memudahkan analisis. analisis. Misalkan akan dianalisis dianalisis aliran udara melalui nozle, maka pemilihan sistemnya adalah di dalam nozle. Lapis batas dari control volume disebut control surface, dapat riil ataupun ataupun imajiner. imajiner. Dalam kasus nozle misalnya, maka permukaan permukaan dalam dari nozle adalah lapis batas yang riil, sedangkan daerah masuk dan keluarnya aliran adalah lapis batas imajiner karena tidak ada bentuk fisik sesungguhnya. Control volume dapat tetap (bentuk dan ukurann ukurannya) ya) maupun maupun dapat dapat mengan mengandun dung g moving moving boundar boundary. y. Moving



Bebera Beberapa pa istilah istilah

Steady Steady : tidak tidak berubah berubah terhadap terhadap waktu, waktu, lawan lawan

kata katany nya a unste unsteady ady/t /tran ransi sien ent. t. Un Unif ifor orm: m: tida tidak k beru berubah bah terh terhada adap p tempat. Flow work

Flow work adalah energi yang diperlukan untuk mendorong fluida masuk masuk atau atau keluar keluar dari dari contro controll volume volume,me ,merup rupakan akan bagian bagian dari energi yang dibawa oleh fluida.

Kita tinjau gambar di atas. Jika tekanan fluida P , luas penampang saluran A, maka gaya yang bekerja pada elemen fluida oleh piston imajiner adalah : F = P A Untuk memasukkan seluruh seluruh elemen fluida ke dalam control volume maka gaya akan bekerja masuk ke dalam control volume : Wflow = F L = P A L = P V (kJ) Dalam basis massa : wflow = P v (kJ/kg)



STEADY FLOW PROCESS

Proses-proses yang dijumpai dalam sistem keteknikan sangat bervariasi, mulai dari yang sangat sederhana sampai yang rumit. Dala Dalam m bebe beberap rapa a hal, hal, pros proses es yang yang rumi rumitt dapa dapatt dise disede derh rhana anakan kan menjadi

bagian

yang

sederhana(dengan

pengandaian-

pengandaian). Turbin, kompresor dan nozle beroperasi untuk waktu yang yang lama ama deng dengan an kond kondis isii yang yang sam sama. Peral ralatan atan sepe sepert rtii itu itu diklasifikasikan sebagai steady flow devices. Proses dari peralatan steady dapat dianalisis dengan suatu idealisasi proses yang disebut “steady steady flow process process”. Steady flow process didefinisikan sebagai suatu proses di mana fluida mengalir dalam control volume secara steady. Hal ini berarti bahwa property dapat berubah dari titik ke titik titik di dalam control control volume volume tetapi tetapi pada setiap titik selalu konstan selama proses.

Karakteristik steady flow process 1. Selama proses tidak ada proper property ty yang berubah berubah terhad terhadap ap waktu. waktu. Jadi volume volume V, massa massa m dan total energi E konstan. Akibatnya boundary work nol dan total massa dan energi yang masuk control volume sama dengan total massa dan energi yang keluar control volume. Dengan kata lain selama selama proses proses kandun kandungan gan enegi enegi dan massa massa dari dari kontrol kontrol volume volume tetap, tidak berubah terhadap waktu. 2. Selama proses sifat fluida



di inlet dan outlet tidak berubah terhadap waktu 3. Interaksi energi (berup (berupa a panas panas dan kerja) kerja) antara antara sistem sistem contro controll volume volume dengan dengan seke sekeli lili ling ngny nya a

tida tidak k

beru beruba bah h

terh terhad adap ap

wakt waktu u

Pros Proses es

deng dengan an

perubahan sifat-sifat fluida secara periodik dapat dianalisis sebagai steady flow process.

STEADY FLOW DEVICES 1. Nozle dan diffuser

Nozle Nozle : menamb menambah ah kecepa kecepatan tan fluida fluida Difuse Difuserr : menai menaikkan kkan tekanan fluida dengan menurunkan kecepatan. Beberapa hal yang perlu diperhatikan •

Q ≅ 0. Laju Laju perp perpin inda daha han n pana panas s anta antara ra flui fluida da yang yang mengalir di dalam nozle atau difuser dengan sekeliling biasanya sangat kecil walaupun tidak diisolasi. Hal ini karena karena kecepa kecepatan tan fluida fluida cukup cukup tinggi tinggi sehing sehingga ga tidak tidak cukup waktu untuk terjadi transfer panas. Oleh sebab itu itu jika jika tida tidak k ada ada data data meng mengen enai ai tran transf sfer er pana panas, s, prosesnya dianggap adiabatik

•

W ≅ 0 Kerj Kerja a di dala dalam m nozl nozle e dan dan difu difuse serr nol nol kare karena na hanya berupa bentuk penampang saluran.



•

Δke Δke ≠ 0. Pada Pada wakt waktu u flui fluida da mele melewa wati ti nozl nozle e aata aatau u difu difuse serr

terj terjad adii

sehingga

peru peruba baha han n

perubahan

kece kecepa pata tan n energi

yang yang

kinetik

besa besarr harus

diperhitungkan dalam analisis. •

Δpe = 0. Biasanya tidak terdapat perbedaan elevasi, sehingga faktor energi potensial dapat diabaikan.

Turbin dan kompresor

Di dalam steam power plants peralatan yang menggerakkan gene genera rato torr

adal adalah ah turb turbin in..

Flui Fluida da masu masuk k

keda kedala lam m

turb turbin in dan dan

mengge menggerakk rakkan an sudu-s sudu-sudu udu sehing sehingga ga memuta memutarr poros. poros. Kerja Kerja yang dihas dihasil ilkan kan turb turbin in adal adalah ah posi positi tiff kare karena na dila dilaku kukan kan oleh oleh flui fluida. da. Kompre Kompresor sor adalah adalah alat alat untuk untuk menaikk menaikkan an tekanan tekanan fluida fluida,, sepert sepertii juga pompa dan fan. Fan menaikkan tekanan untuk menggerakkan udara sekitar. Kompresor untuk menaikkan tekanan gas menjadi tekanan tekanan yang sangat tinggi. tinggi. Pompa Pompa sama seperti kompresor kompresor tetapi untuk fluida cair. Beberapa hal yang perlu diperhatikan •

Q ≅ 0. Laju Laju perp perpin inda dahan han pana panas s keci kecill diban dibandi ding ngkan kan dengan kerja poros kecuali ada pendinginan, sehingga dapat diabaikan kecuali ada pendinginan.

•

W ≅ 0. Pada persoalan ini pasti ada kerja poros. Pada turbin berupa daya output, pada pompa dan kompresor berupa daya input.

•

Δke ≅ 0. Perubahan kecepatan kecepatan fluida biasanya hanya menye menyebab babkan kan peru peruba bahn hn ener energi gi kine kineti tik k yang yang tidak tidak signifikan kecuali pada turbin.

•

Δpe = 0. Perubah Perubahan an energi energi potens potensial ial biasan biasanya ya kecil kecil sehingga dapat diabaikan.



Throttling valves

Prose roses s

thro thrott ttli lin ng

terjad rjadii

bila bila

ali aliran ran

flui fluida da

meng mengal alam amii

kehilangan tekanan sewaktu melewati hambatan. Throttling valve menyebabkan penurunan tekanan ( pressure pressure drops) di dalam fluida. Pressure drops biasanya biasanya diikuti diikuti penurunan penurunan temperatur temperatur yang besar.

Pada throttling valve biasanya diasumsikan adiabatik (q ≅ 0) karena tidak cukup waktu dan daerah untuk terjadinya perpindahan panas. Faktor Faktor kerja kerja juga juga tidak tidak ada (w ≅ 0). 0). Peruba Perubahan han energi energi potens potensial ial sang sangat at keci kecill sehi sehing ngga ga bisa bisa diab diabai aika kan n (Δpe (Δpe ≅ 0). 0). Mesk Meskip ipun un kecepatan keluar lebih besar dari kecepatan masuk tetapi dalam banyak kasus perubahan energi kinetik tidak signifikan (Δke ≅ 0). Sehing Sehingga ga persam persamaan aan kekeka kekekalan lan energi energi menjad menjadii : h2 ≅ h1 (kJ/kg) (4.20) u2 + P2 v2 = u1 + P1 v1 atau energi dalam + flow enegi = konstan Enthalpy Enthalpy pada inlet dan exit sama, disebut proses isenthalpic. Jika flow work naik (P2v2 > P1v1) maka energi dalam akan turun dan diikut diikutii turunn turunnya ya temper temperatur atur.. Jika Jika flow flow work work turun turun (P2v2 < P1v1) maka energi dalam dan temperatur naik.

Heat exchanger

Merupa Merupakan kan perlat perlatan an untuk untuk menuka menukarr kalor. kalor. Di dalam dalam heat heat exchanger tidak ada interaksi kerja (w = 0) dan perubahan energi kine kineti tik k sert serta a energ nergii pote potens nsia iall diab diabai aika kan n (Δke (Δke ≅ 0, Δp Δpe e ≅ 0). 0).



Perp Perpin inda daha han n

pana panas s

terg tergan antu tung ng

baga bagaim iman ana a

memi memili lih h

cont contro roll

volumenya. Jika seluruh bagian dipilih sebagai control volume maka tidak tidak terjad terjadii perpin perpindah dahan an panas panas (Q ≅ 0). 0). Tetapi Tetapi jika hanya hanya satu satu fluida yang dipilih sebagai control volume maka ada perpindahan panas dari satu fluida ke fluida yang lain (Q ≠ 0).

http://riyanto04.wordpress.com Hukum Kedua Termodinamika Termodinamika

Gamb Gambar ar di bawa bawah h ini ini memp memper erli liha hatk tkan an dua dua sist sistem em yang yang berbeda, berbeda, masing-masi masing-masing ng dilingkungi dilingkungi oleh dinding dinding adiabatik. adiabatik. Pada gambar (a) sebuah benda yang suhunya T1bersinggungan dengan benda lain (reservoir) yang suhunya T2 lebih tinggi daripada T1 maka sesuai dengan hukum alam, sejumlah panas akan mengalir dari reserv reservoir oir masuk masuk ke dalam dalam benda benda pertam pertama, a, sampai sampai akhirny akhirnya a dicapai dicapai keadaa keadaan n seimba seimbang, ng, suhu benda benda pertam pertama a menjad menjadii sama sama dengan dengan suhu suhu reserv reservoir oir.. Sepert Sepertii diketa diketahui hui reserv reservoir oir adalah adalah benda benda yang karena karena ukurann ukurannya ya besar besar atau atau karena karena mendap mendapat at masukk masukkan an ener energi gi pana panas s dari dari sist sistem em lain lain,, maka maka wala walaup upun un seju sejuml mlah ah pana panas s mengalir ke luar atau masuk ke dalamnya, suhunya tidak berubah. Gambar



(a) sejumlah panas mengalir reservoar ( T2) ke benda dengan suhu T1 (T2 > T1 ) (b) gas pada bagian kiri mengalami ekspansi bebas saat diafragme /penyekat dihilangkan Pros Proses es di atas atas terj terjad adii seca secara ra spon sponta tan n dan dan irre irreve vers rsib ibel el.. Kead Keadaan aan awal awal,, kedu kedua a bend benda a memp mempun unyai yai suhu suhu yang yang berb berbed eda, a, sete setela lah h bdis bdisen entu tuhk hkan an dan dan menc mencap apau auii kese keseim imba bang ngan an , maka aka keadaan akhirnya benda mempunyai suhu yang sama dengan suhu reserv reservoar oar.. Jika Jika sistem sistem ingin ingin dikemb dikembali alikan kan lagi lagi ke keadan keadan semul semula, a, dimana dimana benda benda kembal kembalii mempun mempunyai yai suhu suhu T1 yang lebih lebih rendah rendah,, tidaklah mungkin terjadi. Andaikata proses ini dapat berlangsung maka maka hal hal ini ini sama sama seka sekali li tida tidak k bert berten enta tang ngan an deng dengan an huku hukum m pertama, yang tidak lain adalah hukum huk um kekekalan tenaga. Tetapi ternyata sesuai dengan pengalaman proses itu tidak perna pernah h terj terjad adi, i, wala walaup upun un juml jumlah ah tena tenagan ganya ya teta tetap p saja saja,, karen karena a sistem sistem itu diling dilingkung kungii dengan dengan dindin dinding g adiabat adiabatik. ik. Mengap Mengapa a tidak tidak dapat dapat tert tertja jadi di ? Pada Pada gamba gambarr (b) (b) dilu diluki kisk skan an suatu suatu beja bejana na yang yang terbagi terbagi oleh oleh dua diafrag diafragma. ma. Bagian kiri kiri berisi berisi sejuml sejumlah ah gas dan bagi bagian an kanan kanan hampa hampa.. Jika Jika diafr diafrag agma ma diro dirobe bek, k, maka maka seju sejuml mlah ah molekul gas dari bagian kiri akan bergerak memasuki bagian kanan sampai akhirnya dicapai keadaan seimbang dengan kedua bagian mempunyai tekanan yang sama.



Proses Proses inipun inipun tak dapat berlangsung ke arah sebaliknya. sebaliknya. Dari keadaan seimbang dengan molekul-molekul gas menempati kedua bagian bagian dengan dengan tekanan tekanan yang yang sama sama kemudi kemudian an sejuml sejumlah ah moleku molekull berger bergerak ak ke kiri kiri sampai sampai akhirn akhirnya ya bagian bagian kanan kanan menjad menjadii hampa. hampa. Andaik Andaikata ata hal ini dapat dapat terjad terjadii maka maka inipun inipun tidak tidak berten bertentan tangan gan dengan dengan hukum hukum pertam pertama. a. Perist Peristiwa iwa ini dikena dikenall dengan dengan perist peristiw iwa a ekspa ekspans nsii beba bebas, s, dima dimana na dala dalam m hal hal ini ini wala walaup upun unvo volu lume me sist sistem em bertambah, sistem dikatakan tidak melakukan usaha. Dari kedua perist peristiwa iwa itu timbul timbul pertany pertanyaan aan mengap mengapa a suatu suatu perist peristiwa iwa yang sebenarnya tidak bertentangan dengan sesuatu hukum tetapi tidak juga dapat terjadi. Di alam ternyata ada peristiwa-peristiwa yang terjadi secara spontan ke satu arah saja.. Menghadapi kenyataan seperti ini maka haruslah diambil kesimpulan bahwa pastilah ada satu hukum alam lain lain di luar luar hukum hukum pertam pertama a termod termodina inamik mika a dan yang tak dapat dapat dijabarkan dijabarkan dari hukum hukum pertama pertama itu lagipula lagipula dapat menentuk menentukan an ke arah mana proses alami itu akan terjadi. Hukum ini selanjutnya akan disebut kedua termodinamika. termodinamika. Penyusunan Penyusunan hukum kedua ini tidak lepas dari usaha untuk mencari sifat atau besaran sistem yang merupakan fungsi keadaan. Ternyata orang yang menemukannya adalah Clausius dan besaran itu disebut entropi. Hukum kedua ini dapat dirumuskan sbb.: Proses Proses suatu suatu siste sistem m teriso terisolas lasii yang yang disert disertai ai dengan dengan penur penuruna unan n entrop entropii tidak tidak mungki mungkin n terjad terjadi. i. Dalam Dalam setiap setiap prose proses s yang yang terja terjadi di pada pada siste sistem m teriso terisolas lasi, i, maka maka entrop entropi i system tersebut selalu naik atau tetap tidak berubah.

Lebi Lebih h lanj lanjut ut,, jika jika suat suatu u sist sistem em teri teriso sola lasi si dala dalam m kead keadaa aan n demikian rupa sehingga entropinya entropinya maksimum, maksimum, maka sistem itu



dalam keadaan seimbang. Hal ini disebabkan karena setiap proses yang akan terjadi terjadi berkaitan berkaitan dengan penurunan penurunan entropi, sehingga tidak tidak mungki mungkin n terj terjad adi. i. Deng Dengan an perka erkattaan aan lain, ain, syar syarat at unt untuk kesei seimbangan

ialah alah

bahw ahwa

entropinya

harus rus

maksimum.

Pernyataan di atas hanya berlaku untuk sistem yang terisolasi. Jadi mung mungki kin n saja saja bahw bahwa a suat suatu u sist siste em yang ang tak teri erisol solasi asi akan akan menjalani proses yang berkaitan dengan penurunan entropi. Namun sel selalu alu

dapat apat

dike dikete tem mukan ukan

bahw bahwa a

entr entro opi

sist sistem em lain lain yang yang

berinteraksi dengan sistem itu naik paling sedikit dengan jumlah yang sama dengan penurunan entropinya. Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini

menyatakan


bahwa

total

entropi

teri terisol solasi asi cend cender erun ung g

untu untuk k

dari

suatu

sistem

meni mening ngkat kat seir seirin ing g

dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya. Hukum keseimbangan / kenaikan entropi: Panas tidak bisa meng mengal alir ir dari dari mate materi rial al yang yang ding dingin in ke yang yang lebi lebih h pana panas s seca secara ra sponta spontan. n. Entrop Entropii adalah adalah tingkat tingkat keacak keacakan an energi energi.. Jika Jika satu satu ujung ujung materi material al panas, panas, dan ujung ujung satuny satunya a dingin dingin,, dikata dikatakan kan tidak tidak acak, acak, karen karena a ada ada kons konsen entr tras asii ener energi gi.. Dikat Dikatak akan an entr entrop opin inya ya rend rendah ah.. Setelah rata menjadi hangat, dikatakan entropinya naik. Aplikasi:

Kulkas

harus

mempunyai

pembuang

panas

di

belakangnya, yang suhunya lebih tinggi dari udara sekitar. Karena jika tidak Panas dari isi kulkas tidak bisa terbuang keluar. Formulasi Kelvin Kelvin-Pl -Planck anck atau atau hukum hukum termod termodina inamik mika a kedua kedua menyeb menyebutk utkan an bahwa adalah tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerj bekerja a dalam dalam suatu suatu siklus siklus yang yang semata semata-ma -mata ta mengu mengubah bah energi panas yang diperoleh dari suatu reservoir pada suhu tertentu



seluruhnya menjadi usaha mekanik. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor memiliki arah; dengan kata lain, tida tidak k semu semua a pros proses es di alam alam seme semest sta a adal adalah ah reve revers rsib ible le (dap (dapat at dibalikkan arahnya). Sebagai Sebagai contoh contoh jika jika seekor seekor beruang beruang kutub tertid tertidur ur di atas atas salju, maka salju dibawah tubuh nya akan mencair karena kalor dari tubuh beruang tersebut. Akan tetapi beruang tersebut tidak dapat meng mengam ambi bill

kalo kalorr

dari dari

salj salju u

ters terseb ebut ut

untu untuk k

meng mengha hang ngat atka kan n

tubuhnya. Dengan demikian, aliran energi kalor memiliki arah, yaitu dari dari pana panas s ke ding dingin in.. Satu Satu apli aplika kasi si pent pentin ing g dari dari huku hukum m kedu kedua a adalah studi tentang mesin kalor. Mesin kalor adalah sebutan untuk alat alat yang yang berf berfun ungs gsii meng mengub ubah ah ener energi gi pana panas s menj menjad adii ener energi gi mekanik. Dalam mesin mobil misalnya, energi panas hasil pembakaran bahan bahan bakar bakar diubah diubah menjad menjadii energi energi gerak gerak mobil. mobil. Tetapi Tetapi,, dalam dalam semua mesin kalor kita ketahui bahwa pengubahan energi panas ke ener energi gi mekan ekanik ik sela selalu lu dise disert rtai ai peng pengel elua uara ran n gas gas buan buang, g, yang yang memb membaw awa a

seju sejuml mlah ah ener energi gi pana panas. s. Deng Dengan an demi demiki kian an,,

hanya hanya

sebagian energi panas hasil pembakaran bahan bakar yang diubah ke energi mekanik. Contoh lain adalah dalam mesin pembangkit tenaga listrik; batu bara atau bahan bakar lain dibakar dan energi panas panas yang yang dihasi dihasilka lkan n diguna digunakan kan untuk untuk mengu mengubah bah wujud wujud air ke uap. Uap ini diarahkan ke sudu-sudu sebuah turbin, membuat sudusudu ini berputar. Akhirnya energi mekanik putaran ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik.

Pada pembahasan

sebelumnya

telah dibahas

tentang hukum Termodinamika yaitu Hukum I Termodinamika.



Hukum

I

Termodinamika menyatakan

kekal.

Ada

beberapa beberapa

proses

yang

bahwa

energi

adalah

dapat dibayangkan dibayangkan yang

menunjukkan perubahan energi tetapi tidak tampak terjadi di alam alam..

Seba Sebagai gai cont contoh oh,,

bila bila bend benda a

yang yang panas panas dise disent ntuh uhkan kan

dengan benda yang dingin maka akan terjadi aliran panas dari bend benda a

yang yang

pana panas s

ke

bend benda a

yang yang ding dingiin, tidak idak pern pernah ah

sebaliknya secara sendirinya tanpa memasukkan kerja dalam bentuk

apapun.

kemanapun kemanapun

Hukum

I

Termodinamika

tidak

membatasi

kita untuk mengubah mengubah kerja menjadi menjadi kalor atau

sebaliknya kalor menjadi kerja asalkan hukum kekekalan

energi

terpenuhi. Pada kenyataannya kerja seluruhnya dapat diubah menjadi

kalor

tetapi

kalor

tidak

seluruhnya

dapat

diubah

menjadi kerja. Selanjutnya, pada pembahasan sekarang akan dibahas

tentang

Hukum

tentang tentang

Hukum

II

II termodinamika.

Termodinam Termodinamika, ika,

Dalam membahas

yang dibahas dibahas

tentang tentang

proses reversibel dan proses irreversibel, mesin kalor, siklus carnot, mesin pendingin, hukum II termodinamika, dan entropi. Tetapi, Tetapi,

dalam pembahasa pembahasa kali kali ini kita tidak tidak akan akan membaha membahas s

tentang entropi. Proses Reversibel dan Proses Irreversibel

Bila

kita

meninjau

sebuah

sistem

yang

khas

dalam

kesetimbangan termodinamika dengan massa M dari da ri suatu gas ideal yang dibatasi dibatasi dalam sebuah susunan silinder silinder pengisap dengan

volume

V,

tekanan

P

serta

temperatur

T.

Dalam

kesetimbangan maka variabel-veriabel tersebut tetap konstan terhada terhadap p

waktu. waktu. Dimisa Dimisalka lkan n

dind dindin ingn gnya ya

adal adalah ah

isol isolat ator or

bahwa bahwa silind silinder er pana panas s yang yang

terseb tersebut ut dindin dindingg-

idea ideall


dan dan

alas alasny nya a


adalah penghantar penghantar panas yang ideal ditempatkan pada sebuah reservoir besar yang dipertahankan pada temperatur T sama seperti gambar 1. Kemudian keadaan sistem tersebut diubah dengan T adalah sama tetapi volume V direduksi sebesar setengah volume awalnya. 1. Proses Irreversibel (Proses Tak Terbalikkan) Apabila kita menekan pengisap tersebut dengan sangat cepat

sampai kembali lagi lagi ke kesetimbangan dengan reservoir,

selama proses ini gas bergolak bergolak dan tekanan serta temperaturnya tidak dapat didefinisikan secara tepat sehingga grafik proses pro ses ini tidak dapat digambarkan sebagai sebuah garis kontinu dalam diagram P-V karena tidak diketahui berapa nilai tekanan atau temper temperatur atur

yang akan akan

diasosi diasosiasi asikan kan

dengan dengan

volu volume me

yang yang

diberikan. Proses inilah yang dinamakan proses irreversibel. 2. Proses Reversibel (Proses Terbalikkan) Apabi Ap abila la kita kita meneka menekan n pengisa pengisap p dengan dengan sangat sangat lambat lambat sehingga sehingga

tekanan, tekanan, volum volume, e, dan temperatur temperatur gas gas tersebut tersebut pada

setiap waktu adalah kuantitas-kuantitas yang dapat didefinisikan secara tepat. Mula-mula sedikit butiran pasir pas ir dijatuhkan pada pengisap dimana kemudian volume sistem akan direduksi sedikit dan dan T akan akan naik naik kesetimbang kesetimbangan an

sert serta a

terj terjad adii

penyi penyimp mpang angan an

terh terhad adap ap

yang sangat kecil. kecil. Sejumlah Sejumlah kecil kalor akan

dipindahkan ke reservoir dan dalam waktu singkat sistem akan mencapai kesetimbangan baru dengan T adalah sama dengan T reservoir. Peristiwa ini diulakukan berulang-ulang sampai akhirnya kita mereduksi mereduksi volume volume menjadi menjadi setengah setengah kali volume volume awalnya. awalnya.



Selama Selama

keselu keseluruh ruhan an

proses proses

ini, ini, sistem sistem terseb tersebut ut tidak tidak pernah pernah

berada dalam sebuah keadaan yang berbeda banyak dari sebuah keadaan

kesetimbangan.

Proses

inilah

yang

dinamakan

proses reversibel reversibel.. Proses reversibel adalah sebuah proses yang dengan dengan suatu suatu perubah perubahan an difere diferensi nsial al

di

dalam dalam

lingku lingkungan ngannya nya

dapat dibuat menelusuri kembali lintasan proses tersebut.

Pada tetapi

praktiknya

kita

semua

proses

adalah

irreversibel

dapat mendekati keterbalikan (reversibel) sedekat

mungkin dengan membuat perbaikan- perbaikan eksperimen yang sesuai. Proses yang betul-betul reversibel adalah suatu abstraksi sederhana yang berguna dalam hubungannya dengan proses riel adalah serupa seperti hubungan abstraksi gas ideal dengan gas riel. Pada proses reversibel juga terjadi proses isotermal, kerena kita mengan menganggap ggap bahwa bahwa T gas gas berbe berbeda da pada pada setiap setiap seba sebany nyak ak

dife difere rens nsia iall

dT

dari dari

T

kons konsta tan n

waktu waktu

rese reserv rvoi oirr

hanya hanya dima dimana na

silinder berdiam. Volume gas tersebuat juga dapat direduksi secara secara

adiabatikr adiabatikr dengan memindahkan memindahkan silinder silinder dari reservoir reservoir

kalor dan menaruhnya pada sebuah tempat yang tidak bersifat sebagai penghantar. Dalam proses adiabatikr tidak ada kalor yang masuk ataupun keluar dari sistem. Proses adiabatikr dapat meru merupa paka kan n pro prose ses s rev rever ersi sibe bell ata atau u irr irrev ever ersi sibe bel, l, dima dimana na

pros proses es

reversibel kita dapat menggerakkan pengisap sangat lambat dengan cara pembebanan pasir dan proses yang irreversibel kita dapat menyodok pengisap dengan sangat cepat ke bawah. Selama proses kompresi adiabatik temperatur gas akan naik naik

karena karena

dari dari Hukum Hukum I Term Termodi odinami namika ka bila bila Q = 0 maka maka

besarnya besarnya usaha usaha W untuk mendorong mendorong pengisap pengisap ke bawah harus munc muncul ul

seba sebaga gaii

suat suatu u

pert pertam ambah bahan an

ener energi gi


dalam

sebesar


ΔU.

W akan bernilai berbeda untuk kecepatan yang berbeda

dari pendorongan pendorongan pengisap pengisap tersebut tersebut ke bawah yang diberikan diberikan oleh ∫PdV yaitu luas daerah di bawah kurva pada diagram P –V (hanya untuk proses reversibel untuk P tetap). akan

dan Δ T ti dak

ΔU

sama sa ma baik untuk proses reversibel revers ibel ataupun irreversibel.

Mesin Kalor

Sebelum Hukum tent tentan ang g

kita

membahas

tentang

siklus

Carnot

dan

Kedua Termodinamika maka terlebih dahulu membahas mesi mesin n

menghasilkan Cont Contoh ohny nya a

kalo kalor. r. energi

adal adalah ah

Bagi agi

kit kita adal adalah ah

termal

dengan

deng dengan an

muda mudah h

untu untuk k

melakukan

meng menggos gosok okkan kan

tela telapa pak k

kerja. tang tangan an

dengan cepat maka tangan akan terasa panas. Namun untuk mendapatkan kerja dari energi termal lebih sulit, dan penemuan alat yang praktis untuk melakukan hal ini terjadi sekitar tahun 1700 dengan pengembangan mesin uap (mesin kalor). Ideide

yang mendasari mesin kalor adalah bahwa energi mekanik

dapat dapat dipe dipero role leh h dari dari ener energi gi term termal al

keti ketika ka

kalor kalor

dibi dibiark arkan an

mengalir mengalir dari temperatur temperatur tinggi tinggi ke temperatu temperaturr rendah. rendah. Dalam semu semua a

mesi mesin n

kalo kalorr

peng pengub ubah ahan an

ener energi gi

pana panas s

ke

ener energi gi

mekani mekanik k selalu selalu disertai disertai dengan dengan pengel pengeluar uaran an gas buang buang yang yang membawa sejumlah energi panas.



Efisiensi Termal Mesin Kalor Efisiensi maksimum sebuah pembangkit tenaga listrik yang beroperasi antara temperatur TH = 750 K dan TL = 300 K adalah 60 persen jika menggunakan rumus efisiensi mesin reversibel, tetapi aktualnya aktualnya hanya sekitar sekitar 40 persen. Hal ini sebenarnya sebenarnya tidak begitu begitu buruk buruk dan hal terseb tersebut ut masih masih membut membutuhk uhkan an improv improvisa isasi si untuk untuk mendekati efisiensi mesin reversibel. Mesin menyerap kalor sejumlah Q1 dari reservoir panas dengan temperatur tinggi (T1), kalor yang diserap ini sebagian diubah menjadi kerja sebesar W dan sebagiannya lagi dibuang sebagai kalor Q2

pada temperatur temperatur rendah (T2). Karena fluida

kerja melalui suatu proses siklus dimana dalam siklus berawal dari satu keadaan dan kembali ke keadaan awalnya, sangat

jelas bahwa

ΔU =

sehi ngg a

0. Sesuai dengan hukum pertama

termodinamika maka besarnya usaha W dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut.

∆U = Q − w

(1)



0

= ( Q − Q ) − W 1

2

(2) W = Q1

−Q

2

Dengan Q1 dan Q2 adalah besaran yang bernilai positif. Jika fluida fluida kerjanya kerjanya adalah gas, maka usaha yang dilakukan dilakukan fluida fluida kerj kerja a

untu untuk k

sebu sebuah ah

pros proses es

sikl siklus us

sama sama deng dengan an

luas luas

yang yang

dimuat siklus pada diagram P – V. Efisiensi termal sebuah mesin kalor merupakan perbandingan nilai antara usaha yang dilakuk dilakukan an dan kalor kalor yang

disera diserap p

dari dari

reserv reservoir oir

suhu

tinggi tinggi

selama satu siklus. Hubungan ini dapat dirumuskan dalam suatu persamaan sebagai berikut. (3) η

=

W Q1

=

Q1

−Q

2

Q1

Atau (4) η

Dengan

= 1−

Q2 Q1

adalah efisiensi mesin kalor η

Mesin Pendingin

Mesin pendingin adalah mesin kalor yang prinsip kerjanya terbalik dengan mesin kalor. Mesin kalor mengambil kalor dari reservoir kalor bersuhu tinggi dan mengubahnya menjadi kerja mekanik serta membuang kelebihannya ke reservoir suhu rendah.



Tetapi mesin pendingin mengambil panas dari reservoir suhu rend rendah ah kemud kemudia ian n

kompr kompreso esorn rnya ya

memb member erik ikan an

inpu inputt

usah usaha a

mekanik dan kalor dibuang pada reservoir suhu tinggi.

COP Mesin Pendingin COP COP mesi mesin n pend pendin ingi gin n dan dan pomp pompa a kalor kalor menu menurun run keti ketika ka TL menurun. menurun. Berarti hal ini memerlukan memerlukan kerja untuk menyerap panas da

medi edia

bert bertem emep epra ratu turr

rend rendah ah..

Keti Ketika ka

tempe empera ratu turr

ruan ruang g

refr refrig iger erasi asi mend mendek ekati ati nol, nol, juml jumlah ah kerj kerja a yang yang dipe diperl rluka ukan n untu untuk k mempro memproduk duksi si jumlah jumlah pendin pendingin ginan an terten tertentu tu akan akan mendek mendekati ati tak terbatas dan COP-nya akan mendekati nol. Sebagai contoh dari mesin pendingin (kulka (kulkas) s) bagian bagian

dan pendin pendingin gin ruangan ruangan atau atau dalam dalam peralat peralatan an

adalah

lemari

es

AC. Dalam Dalam lemari lemari es,

bertin bertindak dak sebagai sebagai

reservo reservoir ir

dingin dingin,,

sedang sedangkan kan bagian bagian luar luar yang yang lebih lebih hangat hangat bertin bertindak dak sebaga sebagaii reservoir panas (seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3). Kulkas mengambil mengambil kalor dari makanan makanan yang tersimpan tersimpan dalam kulkas dan mengalirkan mengalirkan kalor ke ke udara udara di sekitar sekitar kulkas. kulkas. Untuk dapat mengalirkan kalor maka diperlukan energi energi listrik untuk melakukan usaha pada sistem sehingga kalor dapat mengalir dari reservoir dingin ke reservoir panas. Maka dari itulah pada saat



kulkas bekerja bekerja permukaan-per permukaan-permukaan mukaan luar kebanyakan kebanyakan kulkas terasa hangat ketika ketika kita sentuh (kulkas (kulkas menghangatka menghangatkan n udara di sekitarnya). Dalam satu kali siklus panas Q2 masuk ke dalam mesin pendingin pada suhu T . Besarnya usaha W dilakukan pada 2 mesin dan kalor Q1

dilepaskan dilepaskan ke reservoir reservoir suhu tinggi tinggi T1,

sehingga dapat ditulis dengan menggunakan persamaan sebagai berikut. atau

= W + Q

Q1

W = Q1

−Q

2

2

( 5)

`Efi `Efisi sien ensi si

mesin sin

pend pendiingi ngin

(η) (η)

dide didefi fini nisi sika kan n

seba sebag gai

perbandingan antara jumlah kalor yang diserap dengan usaha yang dilakukan pada sistem.

η

=

Q2 W

10 0% = × 100

Q2 Q1

−Q

10 0% × 100

2

(6) Deng Dengan an gas gas ideal ideal seba sebaga gaii flui fluida da maka maka persa persama maan an di atas dapat diubah menjadi sebagai berikut. (7) η

=

T 2 T 1 − T 2

× 10 0%



Refrigeran Refrigeran adalah fluida fluida kerja yang bersirkulasi bersirkulasi dalam siklus refrig refrigeras erasi. i. Refrig Refrigeran eran merup merupakan akan kompone komponen n terpen terpentin ting g siklus siklus refrigerasi karena refrigeran yang menimbulkan efek pendinginan dan dan

pema pemana nasa san n

pada pada

mesi mesin n

refr refrig iger eras asi. i.

ASHR AS HRAE AE

(200 (2005 5)

mend mendefi efini nisi sikan kan refr refrig igera eran n seba sebaga gaii flui fluida da kerj kerja a di dala dalam m mesi mesin n refr refrig iger eras asi, i,

peng pengko kond ndiisian sian

udar udara, a,

dan dan

sist siste em

pomp pompa a

kal kalor. or.

Refrigeran menyerap panas dari satu lokasi dan membuangnya membuangnya ke lokas okasii yang yang lain, biasany biasanya a melal melalui ui mekani mekanisme sme evapor evaporasi asi dan kondensasi. Calm Calm (200 (2002) 2) memb membag agii perk perkem emba bang ngan an refr refrig iger eran an dala dalam m 3 periode: Periode pertama, 1830-an hingga 1930-an, dengan kriteria refrigeran "apa pun yang bekerja di dalam mesin refrigerasi". Refrigeran Refrigeran yang digunakan dalam periode ini adalah ether, CO2, NH3, SO2, hidrokarbon, H2O, CCl4, CHCs. Periode kedua, 1930-an hingga 1990-an menggunakan kriteria refrigeran: aman dan tahan lama lama (durab (durable le). ). Refri Refrige geran ran pada pada perio periode de ini adalah adalah CFCs CFCs (Chlo (Chloro ro Fluoro Carbons), HCFCs (Hydro Chloro Fluoro Carbons), HFCs (Hydro Fluo Fluoro ro Carb Carbon ons) s),, NH3, NH3, H2O. H2O. Peri Period ode e ke-t ke-tig iga, a, sete setela lah h 1990 1990-- an, dengan dengan krite kriteria ria refri refriger geran an "rama "ramah h lingk lingkung ungan" an".. Refri Refriger geran an pada pada periode ini adalah HCFCs, NH3, HFCs, H2O, CO2.



R-134 R-12 Gambar refrigeran

Perk Perkem emba bang ngan an

muta mutakh khir ir

di

bida bidang ng

refr refriigera geran n

utam utaman anya ya

dido didoro rong ng oleh oleh dua dua masa masala lah h ling lingku kung ngan an,, yakn yaknii luba lubang ng ozon ozon dan dan pemanasan global. Sifat merusak ozon yang dimiliki oleh refrigeran utama

yang

digunakan

pada

periode

ke-dua,

yakni

CFCs,

dike dikemu muka kaka kan n oleh oleh Moli Molina na dan dan Rowl Rowlan and d (197 (1974) 4) yang yang kemu kemudi dian an didukung oleh data pengukuran lapangan oleh Farman dkk. (1985). Setelah keberadaan lubang ozon di lapisan atmosfer diverifikasi seca secara ra sain sainti tifi fik, k, perj perjan anji jian an inte intern rnas asio iona nall untu untuk k

meng mengat atur ur dan dan

melarang penggunaan zat-zat perusak ozon disepakati pada 1987 yang terkenal dengan sebutan Protokol Montreal. CFCs dan HCFCs merupakan dua refrigeran utama yang dijadwalkan dijadwalkan untuk dihapuskan masing- masing pada tahun 1996 dan 2030 untuk negara-negara maju (United (United Nation Nation Environm Environment ent Program Programme, me, 2000). 2000). Sedangka Sedangkan n untuk negara-negara berkembang, kedua refrigeran utama tersebut masing-masing dijadwalkan untuk dihapus (phased-out) pada tahun 2010 2010 (CFCs (CFCs)) dan dan 2040 2040 (HCFC (HCFCs) s) (Pow (Powel ell, l, 2002 2002). ). Pada Pada tahun tahun 1997 1997,, Proto Protokol kol Kyoto Kyoto menga mengatur tur pembat pembatasa asan n dan pengur pengurang angan an gas-ga gas-gas s



penyebab penyebab rumah rumah kaca, termasuk termasuk HFCs HFCs (United (United Nation Nation Framewo Framework rk Convention on Climate Change, 2005). Powell (2002) menerangkan beberapa syarat yang harus dimiliki oleh refrigeran pengganti, yakni: 1. Memiliki Memiliki sifat-sifat sifat-sifat termodinam termodinamika ika yang berdekatan berdekatan dengan

refr refrig iger eran an yang yang hend hendak ak digan diganti tika kann nnya ya,, utam utamany anya a pada pada tekanan maksimum operasi refrigeran baru yang diharapkan tidak tidak terla terlalu lu jauh jauh berbed berbeda a diband dibanding ingkan kan dengan dengan tekana tekanan n refrigeran lama yang ber-klorin. 2. Tidak mudah terbakar. 3. Tidak beracun. 4. Bisa bercampur (miscible) deng dengan an pelu peluma mas s yang yang umum umum

digunakan dalam mesin refrigerasi. 5. Setiap refrigeran refrigeran CFC hendaknya digantikan oleh satu jenis

refrigeran ramah lingkungan.

Sifat Refrigeran 1. Tekanan penguapan harus cukup tinggi 2. Sebaiknya refrigeran memiliki suhu pada tekanan yang lebih

tinggi tinggi,, sehingg sehingga a dapat dapat dihind dihindari ari kemung kemungkina kinan n terjad terjadiny inya a vakum vakum pada pada evapora evaporator tor dan turunn turunnya ya efisie efisiensi nsi volumet volumetrik rik karena naiknya perbandingan kompresi 3. Tekanan Tekanan pengembuna pengembunan n yang tidak tidak terlampau terlampau tinggi, tinggi, apabila apabila

tekanan 4. peng pengem embu buna nann nnya ya

terla erlallu

rend rendah ah,,

maka aka

perb perban andi ding ngan an

kompre kompresin sinya ya menjad menjadii lebih lebih rendah, rendah, sehing sehingga ga penuru penurunan nan



presta prestasi si kond konden enso sorr dapat dapat dihi dihind ndark arkan, an, sela selain in itu itu deng dengan an tekanan kerja yang lebih rendah, mesin dapat bekerja lebih aman karena kemungkinan terjadinya kebocoran, kerusakan, ledakan dan sebagainya menjadi lebih kecil. 5. Kalo Kalorr

late laten n

memp mempun unya yaii

peng pengua uapa pan n kalo kalorr

laten aten

haru harus s

ting tinggi gi,,

peng pengua uapa pan n

refr refrig iger eran an

yang yang

yang yang

ting tinggi gi

lebi lebih h

mengun menguntun tungkan gkan karena karena untuk untuk kapasit kapasitas as refrig refrigeras erasii yang yang sama, jumlah refrigeran yang bersirkulasi menjadi lebih kecil 6. Volu Volume me spes spesif ifik ik ( terut terutam ama a dala dalam m fasa fasa gas gas ) yang yang cuku cukup p

kecil, Refrigeran dengan kalor kalor laten laten pengua penguapan pan yang besar dan volume volume spesifik spesifik gas yang yang keci kecill (ber (berat at jeni jenis s yang yang besa besar) r) akan akan memu memung ngki kink nkan an penggunaan kompresor dengan volume lang langka kah h torak torak yang yang lebi lebih h keci kecil. l. Denga Dengan n demi demiki kian an untu untuk k kapasitas kapasitas refrigerasi yang sama ukuran unit refrigerasi refrigerasi yang bersangkutan menjadi lebih kecil. 7. Koef Koefis isie ien n

prest prestasi asi harus harus ting tinggi gi,,

dari dari segi segi karak karakte teri risti stik k

termodinamika dari refri refriger geran an,, koef koefis isie ien n pres presta tasi si merup merupaka akan n param paramet eter er yang terpenting untuk menentukan biaya operasi 8. Kondu nduktivitas

termal yan yang

tinggi,

kond onduktivit vitas

termal

sangat penting untuk menentukan karakteristik perpindahan kalor 9. Visko Viskosit sitas as yang yang rend rendah ah dala dalam m fasa fasa cair cair maupu maupun n fasa fasa gas, gas,

dengan turunnya tahanan tahanan aliran refrigeran dalam pipa, kerugian kerugian tekanannya tekanannya akan berkurang 10. Kons Konsta tant nta a diel dielek ektr trik ika a dari dari refr refrig iger eran an yang yang keci kecil, l, taha tahana nan n



listr listrik ik yang yang besa besar, r, sert serta a tidak tidak meny menyeb ebabk abkan an koro korosi si pada pada material isolator listrik 11. Refr Refrige igera ran n henda hendakny knya a stabi stabill dan dan tidak tidak bere bereak aksi si denga dengan n

material yang dipakai, jadi juga tidak menyebabkan korosi 12. Refrigeran tidak boleh beracun 13. Refrigeran tidak boleh mudah terbakar dan mudah meledak 14. Sebaiknya Sebaiknya refrigeran menguap pada tekanan tekanan sedikit sedikit lebih

tinggi dari pada tekanan atmosfir. Dengan demikian dapat dice dicegah gah terj terjadi adinya nya kebo keboco cora ran n udara udara luar luar masu masuk k sist sistem em refr refrig iger eran an karen karena a kemu kemung ngkin kinan an adany adanya a vakum vakum pada pada seks seksii masuk kompresor (pada tekanan rendah). Sifat termofisik dari beberapa refrigeran disajikan pada tabel: Refrigeran Karbon dioksida Metana R-11 R-12 R-22 R-502 R-717 (Amonia)

Tahun atmosferik 50-200

ODP

GWP

0

1

12 + 3 50 +5 120 120 13.3 -

0 1.0 1.0 0.055 0.283 0

21 4000 8500 1700 5600 Tidak ada

Peng Pengal alam aman an menu menunj njukk ukkan an bahw bahwa a tidak tidak ada ada satup satupun un dari dari mesin-mesin yang dibicarakan sebelumnya (mesin kalor dan mesin pendingin) mempunyai efisiensi 100%. Hal ini menunjukkan bahwa tidak ada satupun mesin-mesin tersebut yang mampu mengubah kalor seluruhnya menjadi usaha. Dalam pembahasans sebelumnya mengen mengenai ai hukum hukum pertam pertama a termod termodina inami mika ka ketida ketidakmu kmungki ngkinan nan ini tidak tidak dising disinggun gung g sama sama sekali sekali.. Dalam Dalam membah membahas as tentan tentang g hukum hukum kedua termodinamika, hal ini akan dibahas.



Mung Mu ngki kin n

dala dalam m piki pikira ran n

kit kita

akan akan munc muncul ul pert pertan anya yaan an,,

mungkinkah kalor mengalir dari benda bersuhu rendah ke benda bers bersuh uhu u

ding dingin in? ?

Huku Hukum m

kedu kedua a


meng mengab abai aika kan n

kemu kemung ngki kinan nan kalo kalorr dapa dapatt meng mengal alir ir dari dari bend benda a bert bertem empe pera ratu turr rendah ke benda bertemperatur tinggi. Hal ini berarti bahwa, pada huku hukum m kedu kedua a term termod odin inam amik ika a arah arah pros proses es menj menjadi adi perh perhati atian an,, dimana arah tersebut hanya dapat dibalik dengan adanya suatu usaha

luar

dari

sistem.

http://www.scribd.com/doc/24264667/Hukum-II-Termodinamika Hukum Ketiga Termodinamika

Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolu absolut. t. Hukum Hukum ini menyat menyatakan akan bahwa bahwa pada pada saat suatu sistem sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entr entrop opii sist sistem em akan akan mend mendek ekat atii nila nilaii mini minimu mum. m. Hukum Hukum ini ini juga juga menyat menyatakan akan bahwa bahwa entrop entropii benda benda berstr berstruktu ukturr kristal kristal sempur sempurna na pada temperatur nol absolut bernilai nol. Hukum suhu 0 Kelvin (-273,15 Celcius): Teori termodinamika menyatakan bahwa panas (dan tekanan gas) terjadi karena gerakan kinetik dalam skala molekular. Jika gerakan ini dihentikan, maka suhu material tsb akan mencapai 0 derajat kelvin. Aplika Aplikasi: si: Kebanya Kebanyakan kan logam logam bisa bisa menja menjadi di superk superkond ondukt uktor or pada suhu sangat rendah, karena tidak banyak keacakan gerakan kineti kinetik k dalam dalam skala skala moleku molekular lar yang yang mengg menggang angu u aliran aliran elektr elektron. on. http://ariffadholi.blogspot.com/2009/10/aplikasi-hukumtermodinamika.html Entropi

Dalam Dalam pembic pembicara araan an tentan tentang g siklus siklus Carnot Carnot Pasal Pasal 4.5, 4.5, disebu disebutkan tkan bahwa Q2 adalah panas yang masuk kedalam sistem dan Q1 panas



yang keluar keluar dari sistem sistem.. Ada faedah faedahnya nya apabil apabila a masing masing-ma -masin sing g diberi tanda yang berbeda. Panas yang masuk ke dalam sistem yaitu Q2 diberi tanda positif dan panas Q1 yang keluar dari sistem diberi tanda negatif. Karena itu untuk siklus Carnot (8) T 2 T 1

=−

Q2 Q1

Jika suatu siklus kecil beroperasi antara suhu T2 dan T1 dengan arus panas yang bersangkutan ΔQ2 dan ΔQ1 , maka untuk siklus itu berlaku persamaan (9)

∆Q

1

T 1

∆Q

+

2

T 2

=0

Jika dijumlahkan untuk semua siklus, diperoleh

∑ ∆T Q

r

=0

(10) Inde Indeks ks

r

digu diguna naka kan n

untu untuk k

menun enunjjukj ukjkan kan

bahw bahwa a

pros proses es

itu

reversibel. Besa Besaran ran Q sepe sepert rtii suda sudah h dije dijela lask skan, an, bukan bukanla lah h fung fungsi si kead keadaan aan,, sehingga d’Q bukan diferensial eksak. Tetapi

adalah diferensial eksak yang untuk selanjutnya d ' Qr T

akan diberi lambang dS. Besaran S ini disebut entropi yang adalah fungsi keadaan. Jadi



dS =

d ' Qr T

(11) Persamaan 11 dapat ditulis menjadi

∫ dS = 0 (12) Satuan S dalam sistem SI atau MKS adalah J K -1. Entroipi adalah besaran ekstensif yang bila dibagi dengan jumlah massa m atau jumlah mol n menjadi entropi jenis s.

s =

S m

(13) Menghitung Perubahan Entropi dalam Proses Reversibel.

Dalam proses adiabatik, adiabatik, d’Q = 0, dan dalam proses proses adiabatik adiabatik reversibel, ds = 0. Oleh karena itu dalam setiap proses adiabatik reversibel, ds = 0 atau ini berarti bahwa entropi S tetap. Proses demikian ini disebut pula sebagai proses isentropik. Jadi d‘Qr = 0 dan dS = 0 Dalam Dalam proses proses isoter isotermal mal revers reversibe ibel, l, suhu T tetap, tetap, sehing sehingga ga perubahan entropi



S 2

− S = ∫ 1

2

1

d ' Qr

=

T

1

2

d Q T ∫ '

1

r

=

Qr T

(14) Untu Un tuk k melak elaksa sana naka kan n pros proses es sema semaca cam m ini ini maka maka sist sistem em dihubungkan dengan sebuah reservoir yang suhunya berbeda. Jika arus panas mengalir mengalir masuk kedalam sistem, maka Qr positif positif dan entropi entropi sistem naik. Jika arus panas keluar dari sistem, sistem, Qr negatif negatif dan entrop entropii sistem sistem turun. turun. Dalam Dalam kebanya kebanyakan kan proses proses suatu suatu arus arus panas panas yang yang masuk masuk kedala kedalam m sistem sistem secara secara revers reversibe ibell umumny umumnya a disert disertai ai oleh oleh peruba perubahan han suhu, suhu, sehing sehingga ga perhit perhitung ungan an peruba perubahan han entropi dari persamaan (14) suhu T tidak boleh dikeluarkan dari tanda integral. Jika proses terjadi pada volume tetap, maka d ‘ q = cv dT, sehingga

S 2 − S 1 =

T 2

∫

T 1

cv

dT T

(15) Jika proses terjadi pada tekanan tetap, d ‘ q = cp dT, dan

S 2 − S 1 =

T 2

∫

T 1

cp

dT T T 2

( S − S ) v = cv ln 2

1

T 1

( S − S ) p = c p ln 2

1

T 2 T 1

(16) Jika dalam suatu proses terdapat arus panas antara sistem dengan lingkungannya secara reversibel, maka pada hakekatnya suhu sistem dan suhu lingkungan adalah sama. Besar arus panas ini yang masuk ke dalam sitem atau yang masuk kedalam kedalam lingkungan lingkungan



di set setiap iap titi titik k adal adalah ah sama sama,, tet tetapi api harus arus dibe diberi ri tand tanda a yang yang berlawanan. berlawanan. Karena itu perubahan entropi lingkungan lingkungan sama besar tetapi berlawanan tanda tanda dengan perubahan entropi sistem dan dan juml jumlah ahny nya a menj menjad adii nol. nol. Kare Karena na sist sistem em bers bersam ama a deng dengan an lingku lingkungan ngannya nya memben membentuk tuk dunia, dunia, maka maka boleh boleh dikata dikatakan kan bahwa bahwa entropi dunia adalah tetap. Hendaknya diingat bahwa pernyataan ini hanya berlaku unatuk proses reversibel saja. Diagram T-S

Entropi adalah fungsi keadaan, nilainya pada suatu keadaan sei seimbang bang

dapa dapatt

diny dinyat atak akan an

dal dalam

vari variab abe el-va l-vari riab abel el

yang yang

menent menentuka ukan n lkeada lkeadaan an sistem sistem.. Dalam Dalam siste sistem m pVT, pVT, entrop entropii dapat dapat dinya dinyata takan kan sebaga sebagaii fung fungsi si p dan V, atau atau T dan V atau atau p dan T. Sikl Siklus us Carn Carnot ot mempu empuny nyai ai bent bentuk uk yang yang lebi lebih h sede sederh rhan ana a bila bila diluki dilukiskan skan dalam dalam diagram diagram T-S. T-S. Hal ini diseba disebabkan bkan karena karena siklus siklus Carn Carnot ot diba dibata tasi si oleh oleh dua dua isot isoter erm m dan dan dua dua isen isentr trop op (adi (adiab abati atik k rewversibel) berupa garis lurus pada sumbu S.

Gambar Siklus Carnot dalam diagram T-S Luas kawasan yang dikelilingi oleh kurva siklus Carnot adalah panas total yang masuk dan keluar system



∫ TdS = ∫ d ' Q

r

= Qr

(17) Perubahan Entropi dalam Proses Tak-terbalikkan

Perubahan entropi seperti yang dirumuskan dalam pers (16) berlaku untuk proses reversibel. Namun karena entropi S adalah variabel keadaan, dan nilai perubahannya hanya ditentukan oleh kead keadaa aan n awal awal dan dan akhi akhirr pros proses es apap apapun un,, maka aka untu untuk k pros proses es irreversibel boleh digunakan rumus untuk proses reversibel asalkan keadaan awal dan akhir proses tersebut sama. Ditinjau lagi prroses irre irreve vers rsib ibel el sepe sepert rtii terl terluki ukis s dala dalam m gamb gambar ar 6.1 6.1 (a) Suhu Suhu bend benda a pertam pertama a setela setelah h berhub berhubung ungan an dengan dengan benda benda kedua kedua ( reserv reservoar) oar) berubah dari T1 menjadi T2. Walaupun proes ini irreversibel, namun dapa dapatt digu digunak nakan an pers persam amaan aan untu untuk k pros proses es reve revers rsib ible le asakl asaklkan kan keadaan awal dan keadaan akhirnya juga sama. Jika prose sterjadi pada pada tekanan tekanan tetap tetap ( isobar isobar)) dan Cp juga juga dapat dapat diangg dianggap ap tetap, tetap, maka

∆S benda = S − S = C p ln 2

1

T 2 T 1

(18) Karena T2 > T1, maka arus panas masuk kedalam benda dan ln

T 2 T 1

positif. Jadi entropi benda naik naik..

Perub erubah ahan an

meng menghi hitu tung ng

entr entro opi

entr entrop opii

pada pada

rese reserv rvoa oarr

dapa dapatt

pros proses es

isot isoter erma mall

dihi dihitu tung ng

perubahan entropi reservoir


sepe eperti rti

reve revers rsib ibel el..

Jadi Jadi


2

∆S res = ∫ 1

d ' Q T

=

1

T 2

2

dT = C T ∫ 1

p

2

− T

1

T 2

(19) karenma arus panas tersebut keluar dari reservoar, maka sesuai dengan perjanjian tentang tanda, harus diberi tanda negatif, artinya entropi reservoar berkurang.

∆S res = −C p

T 2

− T

1

T 2

(20) Perubahan entropi total system

 T T − T   ∆S = ∆S res + ∆S benda = C p  ln −  T T   2

1

2

1

2

(21) Sesuai dengan Hukum II Termodinam Termodinamika ika , Perubahan Perubahan entropi suatu sistem Azas Kenaikan Entropi

Dari pembaha pembahasan san prosesproses-pro proses ses irever ireversib sibel el dalam dalam bagian bagian terdahulu, diketahui bahwa entropi duania ( universe) selalui naik. Hal ini juga benar untuk semua proses ireversibel yang sudah dapat dianalisa. Kesimpulan ini dikenal sebagai azas kenaikan entropi dan dianggap ebagai bagian dari hukum kedua termodinamika. Azas ini dapat dirumuskan sebagai berikut : Entropi dunia selalu naik pada tiap proses irreversibel.



Jik Jika a sem semua

sist sistem em yang yang beri berint nter erak aksi si di dal dalam pro proses ses

dilingkungi dengan dinding adiabatik yang tegar, maka semua itu memben membentuk tuk sistem sistem yang yang teriso terisolas lasii sempur sempurna na dan memben membentuk tuk dunianya sendiri. Karena itu dpaat dikatakan bahwa entropi dari suatu sistem yang terisolasi sempurna selalu naik dalam tiap proses irev irever ersi sibe bell yang yang terj terjadi adi dala dalam m pros proses es itu. itu. namun namun jika jika sist sistem em mengalami proses reversibel, entropi sistem tetap. Pada setiap proses yang terjadi di dalam sistem yang teri teriso sola lasi si,, entr entrop opii syst system em ters terseb ebut ut sela selalu lu naik naik atau atau tetap tidak berubah. Pern Pernya yata taan an Clau Clausi sius us dan dan Kelv Kelvin in Plan Planck ck tent tentan ang g Huku Hukum m kedua

Dalam uraian terdahulu telah diberikan pernyataan tentang huku hukum m

kedu kedua a

seba sebaga gaii

pern pernya yattaan aan

yang yang

dika dikaiitkan tkan

deng dengan an

jke jkemu mung ngki kinan nan peru perubah bahan an entr entrop opii pada pada sebar sebaran ang g pros proses es.. Du Dua a perny rnyataan

juga

sering

dipakai

sebagai

titik

awal

untuk

merumuskan merumuskan hukum kedua. Pernyataan clausius tentang hukum kedua adalah sbb . tidak ada proses yang mungkin terjadi bila satusatunya hasil adalah adanya aliran panas dari suatu sistem pada suhu su hu tert terten entu tu dan dan panas panas yang yang sama sama juml jumlah ahny nya a dial dialir irkan kan pada pada sistem lain yang mempunyai suhu lebih tinggi .

Pernyataan Clausius ini dapat dilihat secara langsung pada prinsip kenaikan entropi. Perubahan entropi masing-masing sistem :

∆S A = − Q

T A

∆S B =

∆S = ∆S A + ∆S B = −

Q T A

Q T B

+

Q T B

<0



Proses Proses dengan dengan jumlah jumlah entrop entropii semest semesta a menjad menjadii berkur berkurang ang bertentangan dengan hukum ke II sehingga tidak ungkin terjadi. Pernyataan Kelvin-Planck tentang hukum kedua adalah : tidak ada proses proses yang yang mungki mungkin n terjad terjadii bil bila a satu-s satu-satu atunya nya hasil hasil adalah adalah adan adanya ya alir aliran an panas panas satu satu rese reserv rvoa oarr pada pada suhu suhu tert terten entu tu dan dan meng mengub ubah ah selu seluru ruhn hnya ya menj menjadi adi meng mengha hasi silk lkan an kerj kerja a W ( us usaha aha mekanik). Pada pernyataan ini hanya terjadi penurunan entropi dari

suatu reservoar tanpa diikuti dengan lkenaikan entropi pada sistem lain, sehingga perubahan entropi semestanmya negatif. Hal ini tidak sesuai dengan hukum kedua termodinamika



BAB III PENUTUP Kesimpulan

Tit Titik ik didi didih h refri refrige gera ran n merup merupak akan an sala salah h satu satu fakt faktor or yang yang sangat penting: 1. Refr Refrig iger eran an yang yang memil emilik ikii titi titik k

didi didih h rend rendah ah bias biasan anya ya

dipakai dipakai untuk keperluan keperluan operasi pendinginan pendinginan temperatur temperatur rendah (refrigerasi) 2. Refrigeran yang memiliki titik didih tinggi digunakan untuk

keperl keperluan uan pendin pendingin ginan an temper temperatu aturr tinggi tinggi (pendi (pendingi nginan nan udara) 3.

Titik

didih

refrigeran

merupakan

indikator

yang

menyat menyatakan akan apakah apakah refrig refrigeran eran dapat dapat menguap menguap pada pada temperatur temperatur rendah yang diinginkan, diinginkan, tetapi pada tekanan tekanan yang tidak tidak terlal terlalu u rendah. rendah. Dari segi segi termod termodina inamik mika a R12, R12, R22, R22, R500 R500,, R502, R502, ammoni ammonia a dapat dapat dipakai dipakai untuk untuk daerah daerah suhu yang luas, dari keperluan keperluan pendinginan pendinginan udara sampai ke refrigerasi. 4. Hukum Hukum I Termod Termodina inami mika ka dapat dapat diapli diaplikasi kasikan kan pada pada Heat

Echanger, Mixing chamber, Turbin dan kompresor, Nozle dan diffuser.

Hukum II Termod Termodina inamik mika a dapat dapat diapli diaplikas kasika ikan n pada pada Mesin Mesin 5. Hukum penndingin dan mesin kalor.



DAFTAR PUSTAKA

http://multimedia.itb.ac.id/portofolio/Workshop-dan-Kuliah/Hukum-II Termodinamika http://sman1curug.wordpress.com/2008/08/28/hukum-iitermodinamika/ http://free.vlsm.org/v12/sponsor/SponsorPendamping/Praweda/Fisika/0286%20Fis-1-5c.htm http://www.scribd.com/doc/24264667/Hukum-II-Termodinamika http://ariffadholi.blogspot.com/2009/10/aplikasi-hukumtermodinamika.html htt://pdelouvylux.webng.comdownloadkuliah_geofisikatermodinamik a_geofisikahukum_2_termodinamika.pdf



http://riyanto04.wordpress.com Sudji Sudjito, to, Ph.D. Ph.D. ,Saifu ,Saifuddi ddin n Baedoe Baedoewi wie, e, Agung Agung Sugeng Sugeng W., ST., ST., MT. Diktat TERMODINAMIKA DASAR, Program Semi Que IV, Fakultas Teknik, Jurusan Mesin, Universitas Universitas Brawijaya, Brawijaya, Malang.


hukum-i-dan-ii-termodinamika.docx

Recommend Documents