EKSERGI DAN BESARAN TERMODINAMIS BAB II EKSERGI DAN BESARAN TERMODINAMIS

HUKUM I TERMODINAMIKA Energy and matter cannot be created or destroyed nor produced or consumed. There are no sources or sinks for energy and matter. Energy and matter can only be converted into different forms.

HUKUM II TERMODINAMIKA Energi dan benda dapat diubah ke bentuk lain dengan mengkonsumsi KUALITAS energi/benda tersebut. Kualitas dapat ditingkatkan; akan tetapi hal ini hanya dapat dilakukan dengan “biaya” besar yang berupa penurunan kualitas yang lebih besar di tempat lain. Menurut Hukum II Termodinamika, kualitas energi selalu menurun setiap energi digunakan dalam suatu proses. “Kualitas energi” disebut EKSERGI.

Eksergi suatu sistem adalah jumlah maksimum energi yang dapat diubah menjadi usaha/kerja hingga sistem tersebut mencapai keadaan keseimbangan dengan lingkungan. Menurut Hukum II Termodinamika, energi termal tidak dapat digunakan sepenuhnya / tidak dapat diubah 100% menjadi usaha karena kita berada di lingkungan dengan tekanan dan temperatur atmosferis.

Eksergi diukur secara relatif terhadap keadaan kese-imbangan dimana tidak ada gradien apapun (temperatur, tekanan, density, komposisi kimia, medan gravitasi dan elektro-magnetik). Eksergi dari suatu subsistem adalah ukuran seberapa besar “jarak”-nya dari keseimbangan Eksergi mekanik = EK Eksergi termal = Q Konsep ini sangat penting dalam perancangan mesin-mesin yang efisien energinya

Gambar bahan bakar yang terbakar

Panas pembakaran (enthalpy) dari bahan bakar kurang lebih sama dengan kandungan ekserginya Untuk senyawa bukan bahan bakar, eksergi kimia merupakan suatu ukuran untuk membedakannya dengan lingkungan sekeliling. Bahan tambang kualitas tinggi memiliki kandungan eksergi lebih tinggi daripada yang kualitasnya rendah, sehingga diperlukan energi untuk meningkatkan kualitasnya.

Eksergi juga merupakan suatu konsep yang penting untuk memahami proses-proses yang terjadi dalam kehidupan. Struktur-struktur yang sudah mati akan berubah menjadi struktur yang terorganisir dan dapat berkembang (hidup) dengan cara mengubah dan menghancurkan sebagian eksergi Alam menciptakan keadaan yang jauh dari keadaan keseimbangan di Bumi melalui design ulang tanpa henti terhadap lingkungan dengan tenaga yang berasal dari eksergi sinar matahari Eksergi merupakan selisih enthalpy bebas (energi Gibbs) antara pembawa energi dengan senyawa referensi di lingkungan alam

afinitas air laut terhadap lingkungan bumi = 0 Air laut memiliki U ataupun H yang luar biasa besar, akan tetapi kita tidak bisa memanfaatkannya karena berada dalam keseimbangan dengan lingkungan alam. afinitas air laut terhadap lingkungan bumi = 0 Eair laut = 0 Senyawa pada T > Tatm atau T < Tatm mengandung sejumlah energi yang dapat diubah menjadi kerja, sehingga E > 0 Gas pada P > Patm atau P < Patm  E > 0

Hal ini dapat digambarkan dengan tube pasta gigi. Energi dari alam semesta selalu konstan, tetapi eksergi selalu berkurang. Hal ini dapat digambarkan dengan tube pasta gigi.

Jika kita membeli energi dari PLN, sebenarnya yang kita beli adalah eksergi. Kalau lampu listrik yang kita nyalakan cukup besar, maka lama kelamaan ruangan akan terasa hangat. Kita tidak bisa mengambil kembali energi panas dari ruangan dan mengembalikannya ke PLN untuk ditukar dengan uang.

KONSUMSI EKSERGI DI ALAM

Matahari menyinari seluruh permukaan bumi dengan intensitas yang sama. Berbagai tempat di permukaan bumi memiliki kualitas biologis yang berbda-beda, sehingga sifat- sifatnyapun berbeda-beda. Hal ini berakibat pada perbedaan konsumsi eksergi.

HUKUM II TERMODINAMIKA PADA HEAT ENGINE

Eksergi suatu senyawa Eksergi fisik Eksergi kimiawi Berhubungan dengan: perubahan temperatur (ekergi termal) perubahan tekanan (eksergi tekanan, eksergi dinamis) perubahan konsentrasi (eksergi pencampuran Berhubungan dengan perubahan komposisi kimiawi senyawa

pada temperatur tinggi T EKSERGI DAN PANAS Sumber panas pada temperatur tinggi T Q Kerja yang dilakukan: Q Q0 Lingkungan pada temperatur rendah T0 Konversi panas Q menjadi kerja Wrev melalui suatu reversible heat engine antara temperatur tinggi T dan temperatur lingkungan T0

Energi termal, Q0 = Q – E = Q (T0/T), yang dilepaskan dari mesin ke sekeliling pada temperatur T0 tidak dapat dimanfaatkan, dan itu disebut anergi: Anergi = Energi – Eksergi Efisiensi dari het engine yang beroperasi secara reversibel, rev (= Wrev/Q), menyatakan energy availability Q dari sejumlah panas Q pada temperatur T:

Jika heat engine beroperasi secara irreversibel, maka jumlah kerja, Wirr, yang diperoleh dari sejumlah energi termal Q lebih kecil daripada jumlah maksimum kerja, Wrev, dan tentu saja lebih kecil daripada eksergi (E) dari energi termal Q pada temperatur T :

EKSERGI DAN TEKANAN P0 V0 P0 V P Kerja yang dilakukan adalah melawan tekanan atmosferis P0, yaitu kerja untuk me-mindahkan sejumlah ter-tentu gas atmosferis. Kerja ini tidak dapat diguna-kan, sehingga available work ekivalen dengan eksergi E dan lebih kecil daripada Wrev V P

Tekanan P Temperatur T0 Tekanan lingkungan P0 dan temperatur T0 Eksergi dari gas pada tekanan tinggi P yang mengalami ekspansi ke tekanan rendah P0 pada temperatur konstan T0

Jika P >> P0  Wrev  E Persamaan gas ideal pada temperatur konstan T0: PV = nRT0 P dV + V dP = 0 Eksergi molar dari gas yang mengalami proses perubahan tekanan adalah: