Prinsip Kerja Boiler (Ketel Uap)

Kali ini saya akan membahas mengenai prinsip kerja Boiler (kerjaan sehari-hari sih, hehe), akan tetapi dikarenakan sistem kerja sebenarnya terlalu detail dan rumit, maka disini saya akan membahas prinsip dasar cara kerjanya saja. Jadi siapkan kopi dan cemilan, jangan lupa nanti saya minta sedikit.

Berdasarkan tipe konstruksinya boiler dibagi menjadi 3 tipe yaitu :

- Boiler gantung

- Boiler duduk 

- Boiler paket (package boiler)

Berdasarkan tipe bahan bakarnya, boiler dibagi menjadi 2 yaitu :

- Circulated Fluidized Bed (CFB) Boiler

- Pulverized Coal (PC) Boiler

Boiler, yang secara fungsinya disebut juga sebagai steam generator (penghasil uap), adalah suatu bentuk sistem pembakaran yang merupakan gabungan dari beberapa tube, header, ducting, burner, fin plate dan manifold yang di desain untuk saling terhubung dalam suatu proses untuk mengubah air menjadi uap bertekanan yang kemudian digunakan untuk menggerakkan turbin dan generator sehingga menghasilkan listrik di sebuah power plant (pembangkit listrik).

Sistem utama yang umumnya terdapat pada semua jenis manufaktur boiler adalah :

- Steam drum

- Downcomer

- Furnace

- Separator / cyclone

- Backpass / Heat Recovery Area (HRA)

- Feed water pipe

- Economizer

- Superheater (low, medium & high temperature)

- Connecting Pipes (upper & lower)

- Main Steam Pipe

Baiklah, setelah mengenal macam-macam sistem yang terdapat pada boiler, sekarang kita akan membahas mengenai prosesnya.

Secara umum, didalam boiler terdapat 3 proses yaitu :
- Proses air menjadi steam
- Proses bahan bakar (batu bara, limestone, oil) sampai menjadi abu sisa pembakaran
- Proses udara sampai menjadi gas buang

Karena terlalu banyak yang harus dijelaskan (keburu kopi sama cemilannya abis), maka saya akan menjelaskan sistem air sampai menjadi steam nya saja, karena itu memang merupakam inti dari boiler sebagai steam generator (penghasil uap).


Untuk dapat menghasilkan uap air tentunya diperlukan air yang sesuai dengan kadar Ph yang telah ditetapkan sebelumnya. Air didapatkan dari laut yang kemudian diproses didalam chemical building (atau desalination) dan water treatment sebelum di supply ke deaerator (untuk mengurangi kandungan oksigen didalam air) dan disupply ke boiler melalui feed water pump.
Dengan feed water pump, air yang sudah melalui proses di deaerator tadi memulai tahapan proses di boiler dengan urutan sebagai berikut :

- Economizer
  Disini air akan dinaikkan suhunya secara perlahan sebelum mencapai sistem berikutnya

- Steam drum
  Dari economizer, air kemudian disupply ke steam drum melalui pipa. Diawal proses, saat steam (uap 
  air) belum mencapai saturated steam, maka separator (pemisah) didalam steam drum akan melakukan
  bypass dan membiarkan air turun ke tahap selanjutnya.

- Downcomer
  Disini, downcomer yang berbentuk pipa mengalirkan air ke bagian terbawah dari sistem selanjutnya
  melalui lower connecting pipes.

- Furnace
  Selanjutnya air dari downcomer akan masuk ke furnace bagian paling bawah dan ditampung didalam
  bottom header yang kemudian karena sistem pembakaran batu bara, oil dan limestone didalam
  furnace, perlahan-lahan akan berubah bentuk menjadi uap basah. Sesuai dengan sifatnya, uap akan
  merambat keatas dengan sendirinya didalam tube (karena proses pemanasan yang konstan didalam
  boiler). Uap air tersebut ditampung didalam upper header (outlet header) pada bagian atas furnace.
  Disinilah terjadinya sistem konversi energi (waktu kuliah dulu saya belum banyak tau sih, tapi
  untungnya banyak yang memberikan sedekah ke saya berupa contekan, hehe)
  Setelah itu uap akan kembali disupply ke steam drum melalui upper connecting pipes, dan, kembali
  oleh separatornya, uap tersebut disupply kembali dari steam drum menuju sistem berikutnya.

- Superheater
  Disini terdapat beberapa kali backpass (umpan balik) steam dari low temperature superheater ke
  medium temperature superheater lalu disupply ke steam drum, lalu kembali ke high temperature
  superheater / final superheater. Di high / final termperature superheater inilah proses terakhir steam
  setelah melalui pemanasan berulang-ulang kali di dalam low dan medium superheater.

- Main Steam Pipe
  Inilah pipa terpenting dalam proses power plant, dikarenakan pipa ini yang nantinya akan mensuplai
  superheated steam ke turbin. Material, kawat las dan test nya pun (Non Destructive Test) tergolong
  istimewa karena membutuhkan perlakuan khusus dan tim khusus untuk mengerjakannya. Disinilah
  temperatur dan pressure tertinggi di boiler berada.

Keseluruhan sistem diatas dikirim dari manufaktur (pabrik) nya ke lokasi pemasangan (site) dalam bentuk knocked down (pecah belah/terpisah) yang kemudian dirakit (difabricate) di site dan kemudian dipasang dengan sistem rigging (pengangkatan) & welding (pengelasan) yang semua proses tersebut mengacu kepada international standard seperti American Welding Society (AWS), American Society of Mechanical Engineers (ASME), American Standard for Testing & Material (ASTM), dan lain-lain.

Ketel uap (boiler)

Ketel uap (boiler)

pembangkit uap dan uap air.  Berfungsi sebagai zat pemindah tenaga kalori.  Tenaga kalori yang dikandung dalam uap ini dinyatakan dalam Entalpi Kalor yang diperoleh uap air dari proses pembakaran bahan bakan, serta kalor dipindahkan dari bahan bakar ke air dan uap melalui api dan gas asap, menembus dinding bidang pemanas.  Kemudian uap ini dapat disalurkan ke pemakaian sesuai dengan tujuan pemakaian uap.

undang – undang uap  1930 dan peraturan – peraturan uap 1930

(serta perubahan – perubahan yang berlaku)

ketel uap di bagi atas :

a.       Ketel uap dengan tekanan kerja lebih tinggi dari 0,5 kg/cm2 (tekanan tinggi)

b.      Ketel uap dengan tekanan kerja maksimal 0,5 kg/cm2 (tekanan rendah)

(Pasal 1 St. Verond)

Izin pemakaian :

Tidak diizinkan mempergunakan  suatu pesawat uap yang tidak mempunyai akta izin yang dikeluarkan oleh Menteri Tenaga Kerja.  ( Pasal 6, St. Ord )

Pengawasan :

a.       Semua pesawat uap serta perlengkapannya senantiasa berada dibawah pengawasan pemerintah

b.      Pengawasan ini dilakukan oleh Pegawai Petugas Keselamatan Kerja menurut cara – cara yang ditetapkan dalam Undang – Undang atau Peraturan Uap

( Pasal 13, St. Ord )

c.       Pegawai Petugas Keselamatan Kerja mempunyai hak penuh untuk sewaktu – waktu memasuki ruangan dimana dipergunakan suatu pesawat uap

( Pasal 14, St. Ord )

Macam – macam ketel uap

Ketel pipa api ( lorong api )

Ketel uap yang pipa api atau tabung apinya berada di dalam air atau uap.  Ketel ini bisa bekerja secara manual maupun otomatis.  Tekanan maksimum adalah 24 kg/cm2 dan produksi maksimumnya mampu menghasilkan uap sebanyak 10 ton per jam.

Contoh ketel uap jenis ini adalah :

a.       Ketel Cornwall dan Lancashire

b.      Ketel Schots dan Schots kembar

c.       Ketel kombinasi antara lorong api, pipa api dan tabung api

d.      Ketel lokomotif dan lokomobil

e.      Ketel tegak cochram

Ketel pipa air biasa

Ketel uap yang air nya berada di dalam pipa atau tabung, kemudian bagian luarnya dipanasi.  Umumnya sudah tidak digunakan secara manual.  Tekanan maksimumnya adalah 45 – 140 kg/cm2 dan mampu memproduksi uap sebanyak 1000 ton/jam.

Contoh ketel uap jenis ini :

a.       Sectional Boiler

b.      Ketel Yarraw

c.       Ketel D ( D – Boiler )

d.      Ketel pancaran

Ketel pipa air dingin

Ketel jenis ini digunakan untuk :

a.       Tekanan tinggi dan super kritis ( diatas 225 kg/cm2 )

b.      Bahan bakan nuklir

c.       Kualitas air yang rendah

d.      Menaikan beban tungku atau memperbesar angka perpindahan panasnya

Contoh ketel uap jenis ini :

a.       Ketel siklus ganda, berupa reactor nuklir

b.      Ketel tekanan super kritis, misalnya ketel Benson

c.       Ketel Loffer atau ketel siklus uap, bisa menggunakan air kualitas rendah

d.      Ketel velox, ketel untuk menaikan beban tungku

e.      Ketel merkuri ( air raksa )

Apendanse

Merupakan alat –alat kelengkapan ketel uap yang dapat bekerja sendiri dan dipasang dengan maksud untuk menjamin agar ketel nya dapat bekerja dengan aman.  Untuk ketel uap, tidak harus mempunyai macam dan jumlah apendanse yang sama, tapi disesuaikan menurut keadaan dan ketentuan yang berlaku.

Apendanse yang digunakan pada ketel uap pipa api antara lain :

a.       Manometer

b.      Katup pengaman

c.       Peluit

d.      Kran pembuang

e.      Alat pengisi ketel

f.        Kran penutup uap induk

g.       Stempel atau plat nama

Jenis bahan bakar untuk ketel uap

Ada tiga jenis bahan bakar yang biasanya digunakan untuk ketel uap, yaitu :

a.       Bentuk padat

Bentuk padat ini ada yang bisa langsung dipakai seperti batu bara.  Ada juga yang diolah terlebih dahulu, seperti kokas dan arang kayu

b.      Bentuk Cair

Minyak bumi, bensin, residu, dll

c.       Bentuk gas

Gas bumi, LPG, gas biomass, dll

Dalam industri tekstil, biasanya menggunakan ketel uap yang berbahan bakan minyak.

Kualitas air

Air sebagai bahan pengisi ketel uap untuk di panasi menjadi uap, maka harus diperhatikan kandungan – kandungan yang terlarut di dalam air untuk mencegah terjadinya pengrusakan terhadap ketel uap, misalnya pengerakkan, pengaratan, yang bisa menyebabkan kejadian fatal seperti ledakan.

Air untuk mengisi ketel uap dapat berasal dari :

a.       Air yang dihasilkan dari dalam pabrik, berupa air embun yang keluar dari pemanasan

b.      Air yang berasal dari alam, seperti air sungai

Keburukan karena kualitas air akan menyebabkan :

a.       Pengerakkan

b.      Logam – logam menjadi aus karena korosi

c.       Terbawanya air dalam uap

Distribusi uap

Dalam merencanakan suatu jaringan pipa uap, maka perlu diperhatikan hal – hal berikut :

a.       Tentukan kebutuhan uap pada suatu titik pemakaian

b.      Tentukan tekanan uap pada suatu titik pemakaian

c.       Usahakan tidak banyak panas yang hilang dalam sepanjang aliran uap, sehingga uap tidak menjadi dingin.  Hal ini bisa diatasi dengan memakai isolasi panas yang baik pada permukaan uap

d.      Tidak ada kebocoran uap

e.      Jaringan pipa harus mempunyai daerah penangkal regangan ekspansi

f.        Jaringan harus disangga dengan kuat

g.       Jaringan pipa  harus mempunyai kemiringan 10 – 20 cm dalam 100 m panjang pipa

h.      Jaringan harus mempunyai kantung penangkap uap air yang mengembun setiap 75 m panjang pipa

i.         Setiap percabangan harus mengikuti aturan diatas

Hilangkan kebiasaan buruk pada pemasangan pipa, misalnya :

a.       Kurangnya isolasi panas, tidak ada pembuan uap yang mengembun, dan tidak memakai ekspansi

b.      Jaringan pipa lama digunakan untuk tekanan uap yang lebih tinggi

c.       Menggunakan isolasi lama

d.      Kebutuhan uap lebih besar daripada kapasitas ketel uap, sehingga tekanannya menjadi turun

e.      Uapnya basah, disebabkan oleh kebutuhan uap lebih besar daripada supply dan kualitas air kurang baik

f.        Terlalu banyak sambungan

g.       Ukuran pipa tidak sesuai

h.      Ada kebocoran pada sambungan pipa

Drop tekanan dari uap

Kondisi dari kualitas uap tergantung pada perubahan volume dan tekanan dari suatu ruangan.  Aliran volume dari uap identik dengan kecepatan aliran dari uap.  Dengan adanya gesekan (friksi) antara uap dengan pipa, maka akan mengakibatkan turunnya tekanan dari uap.

Dalam pemakaian di lapangan, biasanya dipakai kecepatan aliran uap tidak lebih dari 40m/detik dan kecepatan ini dipengaruhi juga oleh tekanan uap.  Umumnya, ukuran drop tekanan dari boiler ke ujung pipa tidak boleh lebih dari 1kg/cm2.

Sekian materi tentang ketel uap nya, semoga bermanfaat buat kita semuaa..

persamaan gas ideal

persamaan gas ideal

Persamaan gas ideal' adalah persamaan keadaan suatu gas ideal. Persamaan ini merupakan pendekatan yang baik untuk karakteristik beberapa gas pada kondisi tertentu. Persamaan ini pertama kali dicetuskan oleh Émile Clapeyron tahun 1834 sebagai kombinasi dari Hukum Boyle danHukum Charles.^[1] Persamaan ini umum dituliskan sebagai

di mana P adalah tekanan mutlak pada gas, V adalah volume, n adalah jumlah partikel pada gas (dalam mol), T adalah temperatur dalam satuan kelvin, dan R adalah konstanta gas ideal, yaitu 0,08205 L atm/mol K.

Persamaan ini juga dapat diturunkan dari teori kinetik, yang dicetuskan secara terpisah oleh August Krönig tahun 1856^[2] dan Rudolf Clausius tahun 1857.^[3] Konstanta gas universal ditemukan dan pertama kali diperkenalkan ke hukum gas ideal oleh Dmitri Mendeleev tahun 1874.^[4][5][6]

Persamaan gas ideal bermanfaat terutama dalam stoikiometri gas.

 klik untuk mendownload :

http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/196703071991031-SAEFUL_KARIM/Bab_VI_Gas_Ideal.pdf

Josiah Willard Gibbs

tokoh dalam termodinamika

Josiah Willard Gibbs (11 Februari 1839 – 28 April 1903) ialah fisikawan matematika Amerika Serikat yang menyumbang banyak pada pendirian teoretis termodinamika kimia. Sebagai matematikawan dan fisikawan, ia adalah penemu analisis vektor. ia adalah orang pertama di Amerika Serikat yang menerima PhD dalam teknik mesin (Yale). ia adalah salah satu fisikawan teoretis di Amerika dan barangkali salah satu kimiawan teoretis awal. Gelar Gibbs Professorship of Physics and Chemistry dinamai menurut namanya.
Dilahirkan dan meninggal di New Haven, Connecticut, wisudawan Universitas Yale, dan belajar di Paris, Berlin, dan Heidelberg. Ia ditawari jabatan guru besar dalam fisika matematika di University of Yale, penunjukan pertama di AS, dalam sebuah posisi tanpa gaji selama 10 tahun.
Dalam kimia, ia menyumbang besar pada gagasan termokimia. Pada 1873, Gibbs menerbitkan makalah mengenai perwakilan geometris jumlah termodinamika dalam 2 angsuran. Beberapa topik penting yang termasuk dalam makalah lainnya pada persamaan yang heterogen termasuk konsep potensial kimia dan energi bebas; gagasan ansambel Gibbs (sebuah pendirian mekanika statistik); dan aturan fase Gibbs. James Maxwell membuat (dengan tangannya sendiri) acuan gips yang mengilustrasikan gagasan Gibbs yang kemudian dikirimkannya kepada Gibbs. Dengan bangga Yale University memilikinya hingga kini. Antara 1876 dan 1878 Gibbs menulis serial makalah berjudul On the Equilibrium of Heterogeneous Substances, kini dianggap sebagai salah satu prestasi ilmiah terbesar pada abad ke-19 dan makalah pembuka dalam fisika kimia. Dalam makalah ini Gibbs menerapkan termodinamika untuk menafsirkan fenomena, berhasil menjelaskan dan menyangkutkan apa yang dahulu ialah massa fakta terisolasi.

Dalam matematika, ia menyumbangkan gagasan analisis vektor. Pada 1880, ia mengembangkan perlambangan dan aljabar vektor-vektor. Pada 1901, perlakuan penuh gagasannya disajikan salah satu mahasiswanya EB. Wilson, dalam sebuah buku yang berjudul Vector Analysis.

usaha dan sistem pada termodinamika

A.DEFINISI USAHA LUAR

         Menurut fisika klasik, usaha atau kerja dapat didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya dan jarak. Bila sistem mengalami pergeseran karena beraksinya gaya, maka dikatakan kerja telah dilakukan. Dalam kondisi tertentu sistem dapat melakukan usaha terhadap lingkungannya, atau sebaliknya sistem menerima usaha dari lingkungannya.

         Jika hasil sistem secara keseluruhan menimbulkan gaya pada lingkungannya dan terjadi pergeseran, keja yang dilakukan oleh sistem atau pada sistem disebut kerja eksternal. Jadi gas dalam silinder pada tekanan serba sama, ketika memuai dan menggerakkan piston, melakukan kerja pada lingkungannya. Kerja yang dilakukan oleh bagian sistem pada bagian sistem yang lain disebut kerja internal.

           Usaha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor ditambahkan (dipanaskan) atau kalor dikurangi (didinginkan) terhadap sistem. Jika kalor diterapkan kepada gas yang menyebabkan perubahan volume gas, usaha luar akan dilakukan oleh gas tersebut. Usaha yang dilakukan oleh gas ketika volume berubah dari volume awal V1 menjadi volume akhir V2 pada tekanan p konstan dinyatakan sebagai hasil kali tekanan dengan perubahan volumenya.

       W = p∆V= p(V2 – V1)

B. USAHA SISTEM PADA LINGKUNGANNYA

    Dalam termodinamika, kumpulan benda-benda yang kita tinjau disebut sistem, sedangkan semua yang ada di sekitar sistem disebut lingkungan. Perhatikan suatu sistem berupa gas yang ada dalam suatu silinder yang dilengkapi tutup sebuah piston yang bebas bergerak seperti gambar 14.1. Usaha yang dilakukan oleh sistem sehubungan dengan perubahan volume gas dapat dirumuskan sebagai berikut . Piston yang mempunyai luas penampang A dan tekanan gas P menghasilkan gaya yang mendorong piston sebesar F = P A. Usaha yang dilakukan oleh gas adalah

           dW = F dx = P A dx = P dV

Untuk proses dari V1 ke V2, kerja (usaha) yang dilakukan oleh gas adalah

 W =                                           ..................... (14.1)

Untuk menghitung integral ini kita perlu mengetahui bagaimana variasi tekanan selama proses berlangsung. Secara umum, tekanan tidak konstan sehingga penyelesaian integral tidak terlalu sederhana. Namun, jika kurva P terhadap V diketahui, kerja yang dilakukan oleh gas sama dengan luas area di bawah kurva pada diagram PV. Khusus untuk proses yang tekanannya konstan, Persamaan (14.1) dapat ditulis menjadi :

              W = P(V2 - V1) = P (ΔV) ...................... (14.2)

dengan: W = usaha yang dilakukan oleh sistem (gas),

               P = tekanan gas (konstan),

              V2 = volume akhir.

              V1 = volume awal.

Usaha yang dilakukan oleh gas (sistem) sering disebut usaha luar. Apabila diagram PV diketahui, usaha luar akan lebih sederhana ditentukan secara grafik yaitu dengan menentukan luas area di bawah kurva pada diagram tersebut. Perhatikanlah Gambar 14.2. Dari Persamaan (14.1) dapat kita lihat bahwa untuk tekanan P yang positif, usaha W akan positif bila gas memuai (V2 > V1) atau arah lintasan proses ke kanan (Gambar 14.2a). Sebaliknya, usaha W akan negatif bila gas memampat (V2 < V1) atau arah lintasan proses ke arah kiri (Gambar 14.2b).

 C. USAHA PADA BERBAGAI PROSES TERMODINAMIKA

   Beberapa proses dalam termodinamika antara lain, proses isotermal, proses isokhorik,proses isobarik, dan proses adiabatik.

1.PROSES ISOTERMAL

Proses isotermal adalah proses perubahan keadaan sistem pada P1 suhu tetap (Gambar 14.3). Proses ini mengikuti hukum Boyle, yaitu : PV = konstan. Untuk menghitung usaha yang dilakukan oleh sistem, P2 kita tentukan dahulu persamaan tekanan sebagai fungsi volume berdasarkan persamaan keadaan V1 V2 V gas ideal, yaitu:

           P =

Dengan menggunakan rumus umum usaha ynag dilakukan oleh gas diperoleh:. W = In

2. PROSES ISOKHORIK

  Proses isokhorik adalah proses perubahan keadaan sistem pada volume tetap (Gambar 14.4). Karena gas tidak mengalami perubahan volume, maka usaha yang dilakukan oleh gas sama nol.

                       W = P (ΔV) = P(0) = 0

3. PROSES ISOBARIK

   Proses isobarik adalah proses Perubahan keadaan sistem pada tekanan tetap (Gambar 14.5). Usaha yang dilakukan oleh gas adalah sesuai dengan Persamaan (14.2), yaitu :

                    W = P(V2 - V1) = P (ΔV)

4. PROSES ADIABATIK

   Proses adiabatik adalah proses perubahan keadaan sistem tanpa adanya kalor yang masuk atau keluar dari sistem (gas), yaitu Q = 0 (Gambar 14.6). Kurva adiabatik lebih curam dibanding kurva isotermal. Grafik 14.6 menunjukkan bahwa pada proses adiabatik terjadi perubahan suhu,tekanan, dan volume. Proses ini mengikuti rumus Poisson sebagai berikut.                  

                                PVɣ = tetap atau

                          P1 V1 ɣ = P2 V2 ɣ TVɣ = tetap

                             atau T1 V1 ( ɣ-1)= T2 V2 (ɣ-1) .....................(14.4)

dengan > 1, merupakan hasil perbandingan kapasitas kalor gas pada tekanan tetap

                 CP dan kapasitas kalor pada volume tetap CV .

Besaran disebut konstanta Laplace. Ɣ = ...................... (14.5)

Usaha yang dilakukan oleh sistem (gas) hanya mengubah energi dalam, sebab sistem tidak menerima ataupun melepas kalor. Besarnya usaha yang dilakukan oleh sistem dapat ditentukan dengan menerapkan Persamaan (14.1) sehingga menghasilkan hubungan sebagai berikut.

           W = ........................ (14.6)

Selain itu, dengan menggunakan hukum termodinamika I (akan dibahas kemudian), usaha yang dilakukan oleh gas pada proses adiabatik juga dapat dinyatakan sebagai berikut.

            W = ........................................ (14.7)

Apabila keadaan awal dan keadaan akhir dari suatu proses adiabatik diketahui, usaha yang dilakukan oleh gas pada proses adiabatik tersebut dapat ditentukan dengan menggunakan Persamaan (14.6) atau (14.7).Proses adiabatik sangat penting dalam bidang rekayasa. Beberapa contoh proses adiabatik adalah pemuaian gas panas dalam suatu mesin diesel, pemuaian gas cair dalam sistem pendingin, dan langkah kompresi dalam mesin diesel.

entropi dan hukum kedua termodinamika

Pengalaman sehari-hari menunjukkan bahwa sebuah kolam tidak membeku di musim panas. Jika sebuah benda panas berinteraksi dengan benda dingin, maka tak terjadi bahwa benda panas tersebut semakin panas dan benda dingin semakin dingin, meskipun proses-proses tersebut tidaklah melanggar hukum kekekalan energi yang dinyatakan sebagai hukum pertama termodinamika.

Hukum kedua termodinamika berkaitan dengan apakah proses-proses yang dianggap taat azas dengan hukum pertama, terjadi atau tidak terjadi di alam. Hukum kedua termodinamika seperti yang diungkapkan oleh Clausius mengatakan, “Untuk suatu mesin siklis maka tidak mungkin untuk menghasilkan efek lain, selain dari menyampaikan kalor secara kontinu dari sebuah benda ke benda lain pada temperatur yang lebih tinggi".

Bila ditinjau siklus Carnot, yakni siklus hipotesis yang terdiri dari empat proses terbalikkan: pemuaian isotermal dengan penambahan kalor, pemuaian adiabatik, pemampatan isotermal dengan pelepasan kalor dan pemampatan adiabatik; jika integral sebuah kuantitas mengitari setiap lintasan tertutup adalah nol, maka kuantitas tersebut yakni variabel keadaan, mempunyai sebuah nilai yang hanya merupakan ciri dari keadaan sistem tersebut, tak peduli bagaimana keadaan tersebut dicapai. Variabel keadaan dalam hal ini adalah entropi. Perubahan entropi hanya gayut keadaan awal dan keadaan akhir dan tak gayut proses yang menghubungkan keadaan awal dan keadaan akhir sistem tersebut.

Hukum kedua termodinamika dalam konsep entropi mengatakan, "Sebuah proses alami yang bermula di dalam satu keadaan kesetimbangan dan berakhir di dalam satu keadaan kesetimbangan lain akan bergerak di dalam arah yang menyebabkan entropi dari sistem dan lingkungannya semakin besar".

Jika entropi diasosiasikan dengan kekacauan maka pernyataan hukum kedua termodinamika di dalam proses-proses alami cenderung bertambah ekivalen dengan menyatakan, kekacauan dari sistem dan lingkungan cenderung semakin besar.

Di dalam ekspansi bebas, molekul-molekul gas yang menempati keseluruhan ruang kotak adalah lebih kacau dibandingkan bila molekul-molekul gas tersebut menempati setengah ruang kotak. Jika dua benda yang memiliki temperatur berbeda T₁ dan T₂ berinteraksi, sehingga mencapai temperatur yang serba sama T, maka dapat dikatakan bahwa sistem tersebut menjadi lebih kacau, dalam arti, pernyataan "semua molekul dalam sistem tersebut bersesuaian dengan temperatur T adalah lebih lemah bila dibandingkan dengan pernyataan semua molekul di dalam benda A bersesuaian dengan temperatur T₁ dan benda B bersesuaian dengan temperatur T₂".

Di dalam mekanika statistik, hubungan antara entropi dan parameter kekacauan adalah, pers. (1):

S = k log w

dimana k adalah konstanta Boltzmann, S adalah entropi sistem, w adalah parameter kekacauan, yakni kemungkinan beradanya sistem tersebut relatif terhadap semua keadaan yang mungkin ditempati.

Jika ditinjau perubahan entropi suatu gas ideal di dalam ekspansi isotermal, dimana banyaknya molekul dan temperatur tak berubah sedangkan volumenya semakin besar, maka kemungkinan sebuah molekul dapat ditemukan dalam suatu daerah bervolume V adalah sebanding dengan V; yakni semakin besar V maka semakin besar pula peluang untuk menemukan molekul tersebut di dalam V. Kemungkinan untuk menemukan sebuah molekul tunggal di dalam V adalah, pers. (2):

W₁ = c V

dimana c adalah konstanta. Kemungkinan menemukan N molekul secara serempak di dalam volume V adalah hasil kali lipat N dari w. Yakni, kemungkinan dari sebuah keadaan yang terdiri dari N molekul berada di dalam volume V adalah, pers.(3):

w = w₁^N = (cV)^N.

Jika persamaan (3) disubstitusikan ke (1), maka perbedaan entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal dimana temperatur dan banyaknya molekul tak berubah, adalah bernilai positip. Ini berarti entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal tersebut bertambah besar.

Definisi statistik mengenai entropi, yakni persamaan (1), menghubungkan gambaran termodinamika dan gambaran mekanika statistik yang memungkinkan untuk meletakkan hukum kedua termodinamika pada landasan statistik. Arah dimana proses alami akan terjadi menuju entropi yang lebih tinggi ditentukan oleh hukum kemungkinan, yakni menuju sebuah keadaan yang lebih mungkin. Dalam hal ini, keadaan kesetimbangan adalah keadaan dimana entropi maksimum secara termodinamika dan keadaan yang paling mungkin secara statistik. Akan tetapi fluktuasi, misal gerak Brown, dapat terjadi di sekitar distribusi kesetimbangan. Dari sudut pandang ini, tidaklah mutlak bahwa entropi akan semakin besar di dalam tiap-tiap proses spontan. Entropi kadang-kadang dapat berkurang. Jika cukup lama ditunggu, keadaan yang paling tidak mungkin sekali pun dapat terjadi: air di dalam kolam tiba-tiba membeku pada suatu hari musim panas yang panas atau suatu vakum setempat terjadi secara tiba-tiba dalam suatu ruangan. Hukum kedua termodinamika memperlihatkan arah peristiwa-peristiwa yang paling mungkin, bukan hanya peristiwa-peristiwa yang mungkin.

full pdf  "

http://hikam.freevar.com/kuliah/termo/pdf_bab/thmd04.pdf

hukum ketiga termo

Hukum Ketiga Termodinamika : membayangkan kesempurnaan Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa suatu kristal sempurna pada nol mutlak mempunyai keteraturan sempurna, jadi entropinya adalah nol. Pada temperatur lain selain nol mutlak, terdapat kekacau-balauan yang disebabkan oleh eksitasi termal (Keenan, et.all., 1999:496). Kristal adalah zat padat yang terdiri dari atom-atom diam dalam suatu barisan statik barbaniar, suatu keadaan dimanik yang paling teratur. Zat padat ini merupakan tingkat wujud materi yang amat langka dan terdapat di alam sebagai planet dan meteorit. Kristal suatu zat padat sebenarnya seperti statik atau diam saja. Pada tingkat atomik, masing-masing atom itu sebenarnya bergetar di sekitar tempat kedudukannya dengan arah acak. Getaran itu makin bekurang jika suhu kristal itu diturunkan alias didinginkan. Jika dibiarkan, getaran itu akan menjadi semakin giat, benda menjadi panas dan akhirnya membuat molekul-molekul itu terlepas satu sama lain sehingga relatif saling bebas membentuk zat cair. Zat cair adalah bentuk materi yang kurang “teratur” dibanding zat padat tetapi lebih teratur dibandingkan gas. Dan zat cair itu merupakan wujud yang paling langka dan kompleks. Sedangkan gas adalah bentuk “kekacauan” paling sempurna yang di dalamnya setiap molekul bergerak bebas secara acak. Jadi, begitu sulit mendapatkan zat dalam keadaan dinamik teratur atau kristal sempurna seperti yang dibayangkan hukum ketiga termodinamika karena pada tingkat atomik setiap zat dalam kedudukannya selalu bergerak acak yang menyebabkan molekul-molekul menjadi kacau atau tidak teratur.
full pdf :http://ebook.sman1-slo.sch.id/Fisika/termodinamika%20B.pdf

TEMPERATUR

TEMPERATUR

 1.1. PANDANGAN MAKROSKOPIS 

Kuantitas yang diacu sebagai ciri umum atau sifat skala besar dari sistem disebut koordinat makroskopis. Contoh : dalam sebuah silinder mesin mobil dapat diperinci empat kuantitas yakni : komposisi, volume, tekanan dan temperatur. Koordinat makroskopis memiliki ciri khas mencakup : 1. koordinat tidak menyangkutkan pengandaian khusus mengenai struktur materi, 2. jumlah koordinatnya sedikit, 3. koordinat ini dipilih melalui daya terima indera kita secara langsung, 4. koordinat ini dapat diukur.

 1.2. PANDANGAN MIKROSKOPIS 

Dalam mekanika statistik, sistem diandaikan terdiri dari sejumlah besar N molekul (tidak nampak dengan mata atau mikroskopis). Koordinat mikroskopis memiliki ciri khas mencakup : 1. terdapat pengandaian mengenai struktur materi, yaitu molekul dianggap ada, 2. banyak kuantitas yang harus diperinci, 3. kuantitas yang diperinci tidak didasarkan penerimaan indera kita, 4. kuantitas ini tidak dapat diukur

1.3. RUANG LINGKUP TERMODINAMIKA 

Kuantitas makroskopis (P, V, ) yang berkaitan dengan keadaan internal suatu sistem disebut koordinat termodinamika. Tujuan termodinamika adalah mencari hubungan umum antara koordinat termodinamika yang taat asas dengan hukum pokok termodinamika.

 1.4. KESETIMBANGAN TERMAL 

Kesetimbangan termal adalah keadaan yang dicapai oleh dua (atau lebih) sistem yang dicirikan oleh keterbatasan harga koordinat sistem itu setelah sistem saling berinteraksi (salah satu contoh : asas Black) 

1.5. KONSEP TEMPERATUR 

Sistem temperatur adalah suatu sifat yang menentukan apakah sistem dalam kesetimbangan termal dengan sistem lainnya. 

full pdf : http://irzaman.staff.ipb.ac.id/files/2011/08/materi-termodinamika-2010.pdf

PERSAMAAN KEADAAN

PERSAMAAN KEADAAN

Di dalam fisika dan termodinamika, persamaan keadaan adalah persamaan termodinamika yang menggambarkan keadaan materi di bawah seperangkat kondisi fisika. Persamaan keadaan adalah sebuah persamaan konstitutif yang menyediakan hubungan matematik antara dua atau lebih fungsi keadaan yang berhubungan dengan materi, seperti temperatur, tekanan, volume dan energi dalam. Persamaan keadaan berguna dalam menggambarkan sifat-sifat fluida, campuran fluida, padatan, dan bahkan bagian dalam bintang.

SISTEM DAN PERSAMAAN KEADAANNYA

Keadaan seimbang mekanis : Sistem berada dalam keadaan seimbang mekanis, apabila resultan semua gaya (luar maupun dalam) adalah nol Keadaan seimbang kimiawi : Sistem berada dalam keadaan seimbang kimiawi, apabila didalamnya tidak terjadi perpindahan zat dari bagian yang satu ke bagian yang lain (difusi) dan tidak terjadi reaksi-reaksi kimiawi yang dapat mengubah jumlah partikel semulanya ; tidak terjadi pelarutan atau kondensasi. Sistem itu tetap komposisi maupun konsentrasnya. Keadaan seimbang termal : sistem berada dalam keadaan seimabng termal dengna lingkungannya, apbiala koordinat-kooridnatnya tidak berubah, meskipun system berkontak dengan ingkungannnya melalui dinding diatermik. Besar/nilai koordinat sisterm tidak berubah dengan perubahan waktu.

Keadaan keseimbangan termodinamika : sistem berada dalam keadaan seimbang termodinamika, apabila ketiga syarat keseimbangan diatas terpenuhi. Dalam keadan demikian keadaan keadaan koordinat sistem maupun lingkungan cenderung tidak berubah sepanjang massa. Termodinamika hanya mempelajari sistem-sistem dalam keadaan demikian. Dalam keadaan seimbang termodinamika setiap sistem tertutup (yang mempunyai massa atau jumlah partikel tetap mis. N mole atau m kg) ternyata dapat digambarkan oleh tiga koordinat dan :  Semua eksperimen menunjukkan bahwa dalam keadaan seimbang termodinamika, antara ketiga koordinat itu terdapat hubungan tertentu : f(x,y,z)=0 dengan kata lain : Dalam keadan seimbang termodinamis, hanya dua diantara ketiga koordinat system merupakan variabel bebas.

Suatu gas disebut gas ideal bila memenuhi hukum gas ideal, yaitu hukum Boyle, Gay Lussac, dan Charles dengan persamaan P.V = n.R.T. Akan tetapi, pada kenyataannya gas yang ada tidak dapat benar-benar mengikuti hukum gas ideal tersebut. Hal ini dikarenakan gas tersebut memiliki deviasi (penyimpangan) yang berbeda dengan gas ideal. Semakin rendah tekanan gas pada temperatur tetap, nilai deviasinya akan semakin kecil dari hasil yang didapat dari eksperimen dan hasilnya akan mendekati kondisi gas ideal. Namun bila tekanan gas tesebut semakin bertambah dalam temperatur tetap, maka nilai deviasi semakin besar sehingga hal ini menandakan bahwa hukum gas ideal kurang sesuai untuk diaplikasikan pada gas secara umum yaitu pada gas nyata atau gas riil.

Gas ideal memiliki deviasi (penyimpangan) yang lebih besar terhadap hasil eksperimen dibanding gas nyata dkarenakan beberapa perbedaan pada persamaan yang digunakan sebagai berikut:

·         Jenis gas

·         Tekanan gas. Ketika jarak antar molekul menjadi semakin kecil, terjadi interaksi antar molekul dimana tekanan gas ideal lebih besar dibanding tekanan gas nyata (P_nyata < P_ideal)

·         Volume gas. Dalam gas ideal, volume gas diasumsikan sama dengan volume wadah karena gas selalu menempati ruang. Namun dalam perhitungan gas nyata, volume molekul gas tersebut juga turut diperhitungkan, yaitu: V_riil = V_wadah – V_molekul

Maka dari itu, perbedaan persamaan pada gas ideal dengan gas nyata dinyatakan dalam faktor daya mampat atau faktor kompresibilitas (Z) yang mana menghasilkan persamaan untuk gas nyata yaitu:

Beberapa asumsi dan eksperimen telah dikembangkan untuk membuat persamaan yang menyatakan hubungan yang lebih akurat antara P, V, dan T dalam gas nyata. Beberapa persamaan gas nyata yang cukup luas digunakan yaitu persamaan van der Waals, persamaan Kammerligh Onnes, persamaan Berthelot, dan persamaan Beattie-Bridgeman.