Pure substance Substansi murni Thermodynamics Pure substance Substansi murni

Pure substance / substansi murni Komposisi kimia tetap Contoh: air, nitrogen, helium, carbon dioksida Campuran beberapa elemen kimia atau compound  substansi murni selama campuran homogen

Pure substance / substansi murni Udara? Air dengan minyak? Campuran air dan es? Campuran udara cair dan gas udara?

Fasa substansi murni 3 prinsip fasa, sebutkan Berbeda struktur molekul

Proses perubahan fasa Compressed liquid (subcooling) Saturated liquid (cair jenuh) Saturated vapor (uap jenuh) Superheated vapor (uap kukus / uap super panas)

Ilustrasi Perubahan fasa

Ilustrasi Perubahan fasa

Proses perubahan fasa Contoh: air (water) 1 atm, 20C  compressed liquid 1 atm, 100C  saturated liquid 1 atm, 100C  saturated liquid vapor mixture 1 atm, 100C  saturated vapor 1 atm, 300C  superheated

Temperatur dan tekanan jenuh (saturated temperature and saturated pressure) Saturated temperature (Tsat)  pada tekanan tertentu Saturated pressure (Psat)  pada temperature tertentu

Property diagram T – v diagram P – v diagram P – T diagram P – v – T surface

T-v diagram Titik kritis (critical point) Saturated liquid dan saturated vapor  identik atau dalam kondisi setimbang Critical point dari air (water) Pcr 22.09 MPa Tcr 374.14 C Vcr 0.003155 m3/kg

Critical point Critical temperature Critical pressure Maksimum temperatur dimana fasa liquid dan vapor berada dalam kondisi equilibrium Critical pressure Tekanan pada critical point Critical specific volume Volume spesifik pada critical point

T-v diagram - titik kritis

P-v-T surface

Triple point 3 fasa dalam kondisi equilibrium

Contracts on freezing

Expands on freezing

Extending P-v diagram terhadap fasa padat (the solid phase) Contracts of freezing (penyusutan) Expands of freezing Bagaimana jika air menyusut?

Extending P-v diagram terhadap fasa padat (the solid phase) Triple line Pada P-v atau T-v diagram Tekanan dan temperatur yang sama namun beda volume specifik 3 fasa berada dalam kondisi equilibrium Triple point Pada P-T diagram 3 fasa semua pada kondisi equilibrium Cek table 2.3

Triple point

T-v diagram P > Pcr proses perubahan fasa tidak dapat dibedakan Diatas kondisi kritis, mengacu pada temperatur T > Tcr  superheated vapor (super panas) T < Tcr  compressed liqiuid

T-v diagram pada tekanan variasi konstan

T-v dan P-v diagram Saturated liquid line (garis cair jenuh) Saturated vapor line (garis uap jenuh)

T-v Diagram substansi murni

P-v diagram substansi murni

P-T diagram Phase diagram (diagram fasa) Untuk setiap fasa dipisahkan oleh garis

Solid to vapor 2 ways Solid  liquid  vapor Solid  vapor

Property tables Sistem SI dan English Substansi Kondisi Saturated Superheated Compressed liquid Gases

Saturated liquid and saturated vapor states Saturated liquid = cair jenuh …f Saturated vapor = uap jenuh …g Perbedaan sat. vapor and sat. liquid (mixture) …fg Temperature table Pressure table

Saturated liquid vapor mixture Selama proses penguapan Suatu campuran dari sat. liquid dan sat. vapor Nilai kualitas 0 < x < 1 Sat. liquid x = 0 (0%) Sat. vapor x = 1 (100%)

Saturated liquid vapor mixture Kualitas x 𝑥= 𝑚 𝑣𝑎𝑝 𝑚 𝑡𝑜𝑡 = 𝑚 𝑣𝑎𝑝 𝑚 𝑣𝑎𝑝 + 𝑚 𝑙𝑖𝑞 v = (1-x) vf + x.vg u = (1-x) uf + x.ug h = (1-x) hf + x.hg s = (1-x) sf + x.sg V = Vg + Vf V = m.v

Phase - mixture

Compressed liquid Tidak banyak data tersedia, sering diperlakukan sebagai saturated liquid Tidak tergantung pada tekanan Peningkatan tekanan 100 kali  sifat-sifat berubah kurang dari 1% Untuk energi dalam (u), volume spesifik (v), dan entropi (s) y = yf@T Entalpi  dipengaruhi oleh tekanan h = hf@T + vf (P – Psat )

Compressed liquid Higher pressure (P > Psat pada T tertentu) Lower temperature (T < Tsat pada P tertentu) Lower specific volume (v > vf pada P atau T tertentu) Lower internal energy (u > uf pada P atau T tertentu) Lower enthalpies (h > hf pada P atau T tertentu)

Superheated vapor Vapor phase Tergantung pada T dan P Karakteristik dibanding saturated vapor Lower pressure (P < Psat pada T tertentu) Higher temperature (T > Tsat pada P tertentu) Higher specific volume (v > vg pada P atau T tertentu) Higher internal energy (u > ug pada P atau T tertentu) Higher enthalpies (h > hg pada P atau T tertentu)

Superheat

Contoh soal Tentukan pressure (p) dan volume (V) tangki jika tangki berisi 50 kg saturated liquid water pada 90C Ans: p=70.14 kPa V = 0.0518 m3 Vf = 0.001036 m3/kg

Contoh soal Tentukan temperature (T) dan volume spesifik (v) silinder piston jika berisi 2 ft3 saturated water vapor pada tekanan 50 psia?

Contoh soal Jika suatu sistem terdiri dari dua fasa campuran liquid-vapor dari air pada 100C dengan kualitas 0.9. Tentukan volume spesifik (v) dari campuran tersebut.

Contoh soal Suatu tangki berisi 10 kg air pada 90C. Delapan kg dari air tersebut berupa cair dan sisanya dalam bentuk uap. Tentukan tekanan (p) dan volume (V) pada tangki.

Contoh soal 80 lt bejana berisi 4 kg R134a pada tekanan 160 kPa. Tentukan temperatur, kualitas, entalpi dari refrigerant, dan volume dari fase uap.

Gas ideal Persamaan untuk gas ideal P.v = R.T PV=mRT P 𝑣 =RuT R = Ru/M P tekanan absolut T temperature absolut R konstanta gas Ru konstanta gas universal

Gas ideal Persamaan tersebut juga dapat dituliskan 𝑃 1 . 𝑉 1 𝑇 1 = 𝑃 2 . 𝑉 2 𝑇 2 Pv = RT untuk suatu substansi gas ideal yaitu jika P rendah dan T tinggi. Gas yang dapat dianggap sebagai gas ideal yaitu udara, nitrogen, O2, H2, He, Ar, Ne, Kr, CO2 dengan tingkat error <1%

Uap air sebagai gas ideal? Jika P < 10 kPa berapapun temperaturnya dengan kesalahan < 1% Tekanan tinggi  kurang tepat dianggap sebagai gas ideal Sistem power plant, uap air tidak bisa dianggap sebagai gas ideal karena tekanan tinggi

Contoh soal Tentukan massa udara sebagai gas ideal dalam suatu ruang kelas dengan ukuran 4x5x6 mm3 pada tekanan 100 kPa dengan temperatur 25C.