�Termodinamika 2�-Efisiensi Proses Irreversible�-Sistem fluida termodinamika dengan peninjauan molekuler

Kelompok 5 :

- Andini Puspa Dewi - Novi Anggraini

- Tri Suryanti - Moh. Agus salim Rusli

​

Proses irriversible

• Proses ireversibel yang sebenarnya dapat disesuaikan dengan analisis termodinamika. Tujuan dari analisis semacam itu adalah untuk menentukan seberapa efisien penggunaan atau produksi dan untuk menunjukkan secara kuantitatif efek tidak effisien pada setiap tahap proses.
• biaya energi menjadi perhatian dalam operasi manufaktur dan langkah pertama dalam upaya mengurangi kebutuhan energi adalah menentukan di mana dan sampai sejauh mana energi terbuang melalui ketidakmampuan proses.
• Perlakuan di sini terbatas pada proses aliran steady state karena dominasi mereka dalam praktik industri

​

Analisa Termodinamik Proses Aliran Steady-State

Dengan demikian, sebuah analisis tentang lost-work yang dilakukan dengan menghitung fraksi bahwa masing-masing individu lost-work mewakili total, sama dengan analisis laju entropy-generation , yang dibuat dengan mengekspresikan istilah entropi-generation masing-masing sebagai fraksi. dari jumlah semua istilah generasi entropi. Ingat bahwa semua istilah dalam persamaan ini adalah positif.

Contoh 1

Solution

• Flow diagram power plant terlihat pada gambar dibawah. Kondisi dan properties untuk poin kunci dalam sistem uap (steam) diambil dari contoh 8.1 (vannes)

• Karena uap mengalami proses siklik, satu-satunya perubahan yang perlu dipertimbangkan untuk perhitungan kerja ideal dimana gas melewati furnance.
• Reaksi yang terjadi adalah

​

​

• Untuk reaksi tersebut didapat data dari tabel C.4 :

​

​

Dengan basis 1 mol methan dan 25% excees air , udara yang memasuki furnance :

Setelah pembakaran sempurna metane , flue gas mengandung :

Langkah hitungan untuk proses pembakaran

Step a. Untuk unmix udara masuk :

Step b. Untuk reaksi standar pada 298,15K :

Step c. Untuk campuran gas :

Step d. Untuk langkah pemanasan, kapasitas panas antara suhu 298,15 K dan 460K dihitung dengan persamaan 4.8 dan 5.17 (vannes) dengan data dari tabel C.1. Satuan yang digunakan adalah J/mol. K sehingga yang didapatkan :

Untuk proses total dengan basis 1 mol pembakaran CH4:

• Masing-masing kapasitas panas dikalikan dengan masing-masing mol pada gas dan hasil masing-masing gas dijumlahkan . Sehingga total kapasitas panas yang didapatkan untuk camputan 12,905 mol adalah:

​

• Steam rate didapatkan pada contoh 8.1 (vannes) yaitu m = 84,75 kg/s. Kesetimbangan energi untuk unit furnance/boiler , dimana panas transfer dari gas pembakaran ke steam, dapat dihitung dengan rate methane yang masuk Nch4 :

​

​

​

• Sehingga nCH4= 366,30 mol/s
• Kerja ideal untuk proses , seperti pada persamaan 5.26(vannes)

​

​

2. Turbine : Untuk proses adiabatik

​

​

​

• Kondensator : Transfer panas dari kondensator dari kondensasi steam pada 298,15K

​

​

4. Pompa : karena pompa beroperasi secara adiabatik, maka

​

​

​

​

Dan analisa entropy-generationnya ialah :

​

​

​

​

• Analisa kerja dapat dilakukan dengan persamaan :

​

​

​

​

• Hasil dari analisa ini ialah:

​

Termodinamika molekuler

• Dalam gas molekul bergerak secara bebas, nyaris tanpa adanya gangguan antara satu dengan yang lainnya, sedangkan dalam cairan dan padatan, nolekulunya terikat oleh gaya antar molekul yang berupa listrik alami, yang muncul dari interaksi partikel bermuatan listrik yang menyusun molekul tersebut. Interaksi tersebut dideskripsikan oleh sebuah gaya (saling menolak jika bermuatan sama, dan tarik menarik jika berlainan muatan) dengsn besar yg sebnading dengan 1/r2, dimana r adalah jarak antar titik. Harga F akan positif jika saling menolak, dan bernilai negatif jika saling menarik. Energi kinetik molekul besarnya sebanding dengan Dalam cairan, jarak antar molekul sedikit lebih besar daripada dalam fasa padatan, tetapi molekulnya memiliki kebebasan bergerak yang jauh lebih besar.

Molekul gas umumnya terpisah dengan jarak yang lebar sehingga gaya tarik menarinya sangat kecil.

• Mol adalah jumlah bahan yang mengandung partikel dasar sebanyak atom dalam 0,012 kg karbon 12.
• Jumlah molekul dalam satu atom disebut bilangan avogadro(NA) yang nilainya sebesar 6,022.1023 .
• Massa molar M adalah massa dari satu mol. M = NAm

Model Kinetik-Molekuler Gas Ideal

• Energi kinetik translasi rata-rata dari molekul gas ideal berbanding lurus terhadap suhu mutlak.

Ku = 3/2 nRT

dengan menggunakan konstanta Boltzmann,

k = R/NA,

sehingga dapat dinyatakan berkaitan dengan energi kinetik translasi rata-rata per molekul :

1/2m. ( v2 ) rt = 3/2kT

• Laju akar rata-rata kuadrat

Vrms = ( V2 ) rt 1/2 = ( 3kT/m )1/2 = (3RT/M)1/2

• NB: jika suhu dinaikkan pada tekanan konstan, gas memuai, jarak rata-rata antar molekul bertambah, dan λ meningkat. Jika tekanan dinaikkan pada suhu yang konstan gas terkompresi dan λ berkurang.

​

Kapasitas Panas

Kapasitas Panas Gas kapasitas panas gas monoatomik : Cv = 3/2 R

kapasitas panas gas diatomik : Cv = 5/2 R

Dengan : R = 8,315 J/mol. K

Cv = kapasitas panas molar pada volume konstan

​

​

• Kapasitas Panas pada Padatan

Atom memiliki energi kinetik rata-rata dan energi potensial rata-rata yang sama besar. Sehingga energi totalnya adalah :

Etot = 3NkT = 3nRT

dari sini disimpulkan bahwa kapasitas panas pada padatan yakni :

Cv = 3R

Pada suhu rendah, kapasitas panas dari hampir semua padatan menurun seiring turunnya suhu.

​

Fasa – Fasa Materi

• Material umumnya terdapat dalam fasa cair, gas dan padat. Perubahan dari satu fasa ke fasa lain umumnya terjadi pada kondisi kesetimbangan fasa antara dua fasa dan untuk tekanan tertentu ini terjadi pada hanya satu suhu tertentu.

​

KETERANGAN

• Garis-garis titik merupakan sifat anomali air.
• Garis hijau menandakan titik beku dan biru menandakan titik didih yang berubah-ubah sesuai dengan tekanan.
• Fase-fase dipisahkan dengan garis non-analisitas, dimana transisi fase terjadi dan disebut sempadan fase.
• Sempadan fase antara gas dan cair tidak berlanjut sampai tak terhingga, ia akan berhenti pada sebuah titik diagram fase yang disebut titik kritis. Ini menunjukkan bahwa pada temperatur dan tekanan yang sangat tinggi fase cair dan gas tidak dapat dibedakan, yang dikenal sebagai fluida suprkritis.
• Sempadan fase padat-cair umumnya memiliki gradiean yang positif. Hal ini karena fase padat memiliki dentitas yangb lebih tinggi daripada fase cair, sehingga peningkatan tekanan akan meningkatkan titik leleh. Pada beberapa bagian diagram fase air, sempadan fase padat-cair air memiliki gradien negatif, menunjukkan bahwa es memiliki dentitas yang lebih kecil daripada air.

• Kesimpulan:
• Efisensi termodinamika terhadap power plant dihasilkan 27,3%. Dan sumber utama ketidakeffisiennya terdapat pada furnance/boiler. Proses pembakaran itu sendiri menyumbang sebagian besar entropy-generation pada unit dan sisanya adalah hasil perpindahan panas melintasi hingga perbedaan suhu.
• Teori kinetik atau dinamik Æ menggunakan hukum-hukum mekanika untuk individual molekul. Dari sini dapat diturunkan beberapa ekspresi seperti tekanan, energi dalam dll.