Konsep Dasar Thermodinamika

Diktat TERMODINAMIKA DASAR
Oleh : Ir. Sudjito, PhD. , Ir. Saifuddin Baedoewie, Agung Sugeng W., ST., MT.
Program Semi Que IV
Fakultas Teknik Jurusan Mesin
Universitas Brawijaya
1
Bab I
KONSEP DASAR THERMODINAMIKA
1.1 DEFINISI DAN APLIKASI THERMODINAMIKA
Thermodinamika adalah ilmu tentang energi, yang secara spesific
membahas tentang hubungan antara energi panas dengan kerja. Seperti
telah diketahui bahwa energi didalam alam dapat terwujud dalam
berbagai bentuk, selain energi panas dan kerja, yaitu energi kimia, energi
listrik, energi nuklir, energi gelombang elektromagnit, energi akibat gaya
magnit, dan lain-lain . Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk
lain, baik secara alami maupun hasil rekayasa tehnologi. Selain itu energi
di alam semesta bersifat kekal, tidak dapat dibangkitkan atau
dihilangkan, yang terjadi adalah perubahan energi dari satu bentuk
menjadi bentuk lain tanpa ada pengurangan atau penambahan. Prinsip
ini disebut sebagai prinsip konservasi atau kekekalan energi.
Prinsip thermodinamika tersebut sebenarnya telah terjadi secara
alami dalam kehidupan sehari-hari. Bumi setiap hari menerima energi
gelombang elektromagnetik dari matahari, dan dibumi energi tersebut
berubah menjadi energi panas, energi angin, gelombang laut, proses
pertumbuhan berbagai tumbuh-tumbuhan dan banyak proses alam
lainnya. Proses didalam diri manusia juga merupakan proses konversi
energi yang kompleks, dari input energi kimia dalam maka nan menjadi
energi gerak berupa segala kegiatan fisik manusia, dan energi yang
sangat bernilai yaitu energi pikiran kita.
Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, maka prinsip
alamiah dalam berbagai proses thermodinamika direkayasa menjadi
berbagai bentuk mekanisme untuk membantu manusia dalam
menjalankan kegiatannya. Mesin-mesin transportasi darat, laut, maupun
udara merupakan contoh yang sangat kita kenal dari mesin konversi
energi, yang merubah energi kimia dalam bahan bakar atau sumber
Diktat TERMODINAMIKA DASAR
Oleh : Ir. Sudjito, PhD. , Ir. Saifuddin Baedoewie, Agung Sugeng W., ST., MT.
Program Semi Que IV
Fakultas Teknik Jurusan Mesin
Universitas Brawijaya
2
energi lain menjadi energi mekanis dalam bentuk gerak atau
perpindahan diatas permukaan bumi, bahkan sampai di luar angkasa.
Pabrik-pabrik dapat memproduksi berbagai jenis barang, digerakkan oleh
mesin pembangkit energi listrik yang menggunakan prinsip konversi energi
panas dan kerja. Untuk kenyamanan hidup, kita memanfaatkan mesin air
conditioning, mesin pemanas, dan refrigerators yang menggunakan
prinsip dasar thermodinamila.
Aplikasi thermodinamika yang begitu luas dimungkinkan karena
perkembangan ilmu thermodinamika sejak abad 17 yang dipelopori
dengan penemuan mesin uap di Inggris, dan diikuti oleh para ilmuwan
thermodinamika seperti Willian Rankine, Rudolph Clausius, dan Lord Kelvin
pada abad ke 19. Pengembangan ilmu thermodinamika dimulai dengan
pendekatan makroskopik, yaitu sifat thermodinamis didekati dari perilaku
umum partikel-partikel zat yang menjadi media pembawa energi, yang
disebut pendekatan thermodinamika klasik. Pendekatan tentang sifat
thermodinamis suatu zat berdasarkan perilaku kumpulan partikel-partikel
disebut pendekatan mikroskopis yang merupakan perkembangan ilmu
thermodinamika modern, atau disebut thermodinamika statistik.
Pendekatan thermodinamika statistik dimungkinkan karena
perkembangan teknologi komputer, yang sangat membantu dalam
menganalisis data dalam jumlah yang sangat besar.
1.2 BENTUK-BENTUK ENERGI
Telah disampaikan sebelumnya bahwa energi dapat terwujud
dalam berbagai bentuk, yaitu energi kimia, energi panas, energi mekanis,
energi listrik, energi nuklir, energi gelombang elektromagnetik, energi
gaya magnit, dan lain-lain. Suatu media pembawa energi dapat
mengandung berbagai bentuk energi tersebut sekaligus, dan jumlah
energinya disebut energi total (E). Dalam analisis thermodinamika sering
digunakan energi total setiap satuan masa media (m), yang disebut
sebagai energi per-satuan masa (e) yaitu,
Diktat TERMODINAMIKA DASAR
Oleh : Ir. Sudjito, PhD. , Ir. Saifuddin Baedoewie, Agung Sugeng W., ST., MT.
Program Semi Que IV
Fakultas Teknik Jurusan Mesin
Universitas Brawijaya
3
m
E
e = (1.1)
Berbagai bentuk energi diatas dapat pula dikelompokkan menjadi dua
bentuk, yaitu energi makroskopik dan energi mikroskopik. Energi
makroskopik adalah keberadaan energi ditandai dari posisinya terhadap
lingkungannya atau terhadap suatu referensi yang ditentukan. Contoh
bentuk energi makroskopik adalah energi kinetik (KE) dan energi potensial
(PE). Keberadaan energi mikroskopik ditentukan oleh struktur internal dari
zat pembawa energi sendiri dan tidak tergantung kepada
lingkungannnya, yaitu struktur dan gerakan molekul zat tersebut. Energi
mikroskopik ini disebut sebagai energi internal (U).
Energi makroskopik berhubungan dengan gerakan masa
pembawa energi, dan pengaruh luar seperti gaya gravitasi, pengaruh
energi listrik, sifat magnit, dan tegangan pemukaan fluida. Energi kinetis
KE adalah energi yang disebabkan oleh gerakan relatif terhadap suatu
referensi, dan besarnya adalah:
2
mV 2 KE = (1.2.)
atau dalam bentuk energi per-satuan masa:
2
V2 ke = (1.3)
dengan, m = satuan masa media pembawa energi
V = satuan kecepatan gerakan masa.
Energi potensial adalah energi yang disebabkan oleh posisi elevasinya
dalam medan gravitasi, dan besarnya adalah:
PE = m g z (1.4)
Atau dalam bentuk energi per-satuan masa,
pe = g z (1.5)
Diktat TERMODINAMIKA DASAR
Oleh : Ir. Sudjito, PhD. , Ir. Saifuddin Baedoewie, Agung Sugeng W., ST., MT.
Program Semi Que IV
Fakultas Teknik Jurusan Mesin
Universitas Brawijaya
4
dengan, g = gaya gravitasi
z = posisi elevasi terhadap suatu referensi.
Energi internal meliputi semua jenis energi mikroskopik, yaitu akibat dari
struktur dan aktivitas molekul dalam masa yang ditinjau. Struktur molekul
adalah jarak antar molekul dan besar gaya tarik antar molekul, sedang
aktivitas molekul adalah kecepatan gerak molekul. Energi laten adalah
energi yang merubah jarak dan gaya tarik antar molekul, sehingga masa
berubah fase antara fase padat atau cair menjadi gas. Energi sensibel
merubah kecepatan gerak molekul, yang ditandai oleh perubahan
temperatur dari masa yang ditinjau.
Energi kimia adalah energi internal sebagai akibat dari komposisi
kimia sua tu zat, yang merupakan energi yang mengikat atom dalam
molekul zat tersebut. Perubahan struktur atom menyebabkan perubahan
energi pengikat atom dalam molekul, sehingga reaksinya dapat
melepaskan energi (eksothermis) misalnya dalam reaksi pembakaran,
atau memerlukan energi (indothermis). Bentuk energi internal lainnya
adalah energi nuklir, yang merupakan energi ikatan antara atom dengan
intinya.
Dalam bahasan thermodinamika efek dari jenis energi makroskopik
lain yaitu energi magetik, dan tegangan permukaan fluida dapat
daibaikan, sehingga energi total E dari masa pembawa energi tersebut
adalah:
E = U + KE + PE = U + mV + mgz
2
2
(1.6)
atau dalam bentuk energi per-satuan masa,
gz
V
e = u + ke + pe = u + +
2
2
(1.7)
Dalam aplikasi bidang teknik masa atau sistem thermodinamika yang
ditinjau biasanya tidak bergerak selama proses berlangsung, sehingga
perubahan energi potensial dan energi kinetisnya sama dengan nol.
Diktat TERMODINAMIKA DASAR
Oleh : Ir. Sudjito, PhD. , Ir. Saifuddin Baedoewie, Agung Sugeng W., ST., MT.
Program Semi Que IV
Fakultas Teknik Jurusan Mesin
Universitas Brawijaya
5
1.3 SISTEM, PROSES, DAN SIKLUS THERMODINAMIKA
Suatu sistem thermodinamika adalah sustu masa atau daerah
yang dipilih, untuk dijadikan obyek analisis. Daerah sekitar sistem tersebut
disebut sebagai lingkungan. Batas antara sistem dengan lingkungannya
disebut batas sistem (boundary), seperti terlihat pada Gambar 1.1. Dalam
aplikasinya batas sistem nerupakan bagian dari sistem maupun
lingkungannya, dan dapat tetap atau dapat berubah posisi atau
bergerak.
BATAS SISTEM
SISTEM
LINGKUNGAN
Gambar 1.1. Skema sistem thermodinamika
Dalam thermidinamika ada dua jenis sistem, yaitu sistem tertutup
dan sistem terbuka. Dalam sistem tertutup masa dari sistem yang dianalisis
tetap dan tidak ada masa keluar dari sistem atau masuk kedalam sistem,
tetapi volumenya bisa berubah. Yang dapat-keluar masuk sistem tertutup
adalah energi dalam bentuk panas atau kerja. Contoh sistem tertutup
adalah suatu balon udara yang dipanaskan, dimana masa udara
didalam balon tetap, tetapi volumenya berubah, dan energi panas
masuk kedalam masa udara didalam balon.
Dalam sistem terbuka, energi dan masa dapat kelua r sistem atau
masuk kedalam sistem melewati batas sistem. Sebagian besar mesinmesin
konversi energi adalah sistem terbuka. Sistem mesin motor bakar
adalah ruang didalam silinder mesin, dimana campuran bahan bahan
bakar dan udara masuk kedalam silinder, dan gas buang keluar sistem
SISTEM THERMODINAMIKA
Diktat TERMODINAMIKA DASAR
Oleh : Ir. Sudjito, PhD. , Ir. Saifuddin Baedoewie, Agung Sugeng W., ST., MT.
Program Semi Que IV
Fakultas Teknik Jurusan Mesin
Universitas Brawijaya
6
melalui knalpot. Turbin gas, turbin uap, pesawat jet dan lain-lain adalah
merupakan sistem thermodinamika terbuka, karena secara simultan ada
energi dan masa keluar-masuk sistem tersebut.
Karakteristik yang menentukan sifat dari sistem disebut property
dari sistem, seperti tekanan P, temperatur T, volume V, masa m, viskositas,
konduksi panas, dan lain-lain. Selain itu ada juga property yang
disefinisikan dari property yang lainnya seperti, berat jenis, volume spesifik,
panas jenis, dan lain-lain.
Suatu sistem dapat berada pada suatu kondisi yang tidak
berubah, apabila masing-masing jenis property sistem tersebut dapat
diukur pada semua bagiannya dan tidak berbeda nilainya. Kondisi
tersebut disebut sebagai keadaan (state) tertentu dari sistem, dimana
sistem mempunyai nilai property yang tetap. Apabila property nya
berubah, maka keadaan sistem tersebut disebut mengalami perubahan
keadaan. Suatu sistem yang tidak mengalami perubahan keadaan
disebut sistem dalam keadaan seimbnag (equilibrium).
Perubahan sistem thermodinamika dari keadaan seimbang satu
menjadi keadaan seimbang lain disebut proses, dan rangkaian keadaan
diantara keadaan awal dan akhir disebut linasan proses seperti terlihat
pada Gambar 1.2.
Keadaan 2
Lintasan proses
Keadaan 1
Gambar 1.2. Proses dari keadaan 1 ke keadaan 2
Tergantung dari jenis prosesnya, maka keadaan 2 dapat dicapai dari
keadaan 1 melalui berbagai lintasan yang berbeda. Proses
Diktat TERMODINAMIKA DASAR
Oleh : Ir. Sudjito, PhD. , Ir. Saifuddin Baedoewie, Agung Sugeng W., ST., MT.
Program Semi Que IV
Fakultas Teknik Jurusan Mesin
Universitas Brawijaya
7
thermidinamika biasanya digambarkan dalam sistem koordinat 2 dua
property, yaitu P-V diagram, P-v diagram, atau T-S diagram. Proses yang
berjalan pada satu jenis property tetap, disebut proses iso - diikuti nama
property nya, misalnya proses isobaris (tekanan konstan), proses isochoris
(volume konstan), proses isothermis (temperatur konstan) dan la in-lain.
Suatu sistem disebut menjalani suatu siklus, apabila sistem tersebut
menjalani rangkaian beberapa proses, dengan keadaan akhir sistem
kembali ke keadaan awalnya. Pada Gambar 1.3 (a) terlihat suatu siklus
terdiri dari 2 jenis proses, dan Gambar 1.3 (b) siklus lain dengan 4 jenis
proses.
p P
2 3
2
4
1
v v
1
(a). Siklus dengan 2 proses (b). Siklus dengan 4 proses
Gambar 1.3. Diagram siklus thermodinamika
1.4 SISTEM SATUAN, TEKANAN, DAN TEMPERATUR.
1.4.1 Sistem Satuan.
Suatu sistem satuan adalah sistem besarn atau unit untuk mengkuantifikasikan
dimensi dari suatu property. Sistem satuan yang sekarang
dipergunakan di seluruh dunia, termasuk Indonesia, adalah Sistem SI
Diktat TERMODINAMIKA DASAR
Oleh : Ir. Sudjito, PhD. , Ir. Saifuddin Baedoewie, Agung Sugeng W., ST., MT.
Program Semi Que IV
Fakultas Teknik Jurusan Mesin
Universitas Brawijaya
8
(Sistem Internasional. Sistem ini menggantikan 2 sistem yang dipergunakan
sebelumnya, yaitu sistem British dan sistem Metris.
Dalam sistem SI ada 7 macam dimensi dasar, yaitu panjang (m),
masa (kg), waktu (detik), temperatur (K), arus listrik (A), satuan sinar
(candela-c), dan satuan molekul (mol). Satuan gaya merupakan
kombinasi dari masa dan percepatan, dan mempunyai besaran N
(Newton), yang didefinisikan menurut Hukum Newton,
F = m a (1.8)
Dan 1 N adalah gaya yang diperlukan untuk memberikan percepatan
sebesar 1 m/det2 pada suatu masa sebesar 1 kg sehingga.
1 N = 1 kg. m/det2 (1.9)
Ukuran berat (W) adalah gaya yang ditimbulkan oleh masa m kg, dengan
percepatan sebesar medan gravitasi yang terjadi (g), sebagai berikut.
W = m g (1.10)
Satuan W adalah Newton, sedang besar gravitasi di bumi adalah 9,807
m/det2 di permukaan laut dan semakin kecil dengan bertambahnya
elevasi. Kerja yang merupakan salah satu bentuk energi, adalah gaya kali
jarak dengan satuan N.m, dan disebut pula J (Joule) yaitu,
1 J = 1 N.m (1.11)
Satuan Joule juga digunakan dalam dimensi energi panas, dan biasanya
ukurannya dalam kJ (kilojoule) atau MJ (Mega Joule).
1.4.2 Tekanan.
Tekanan merupakan salah satu property yang terpenting dalam
thermodinamika, dan didefinisikan sebagai gaya tekan suatu fluida (cair
atau gas) pada satu satuan unit luas area. Istilah tekanan pada benda
padat disebut tegangan (stress). Satuan tekanan adalah Pa (Pascal),
yang didefinisikan sebagai,
Diktat TERMODINAMIKA DASAR
Oleh : Ir. Sudjito, PhD. , Ir. Saifuddin Baedoewie, Agung Sugeng W., ST., MT.
Program Semi Que IV
Fakultas Teknik Jurusan Mesin
Universitas Brawijaya
9
1 Pa = 1 N/m2
Karena satuan Pascal terlalu kecil, maka dalam analisis thermodinamika
seringdigunakan satua kilopascal (1 kPa = 103 Pa), atau megapascal (1
MPa = 106 Pa). Satuan tekanan yang cukup dikenal adalah satuan bar
(barometric), atau atm (standard atmosphere), sebagai berikut.
1 bar = 105 Pa = 0,1 Mpa = 100kPa
1 atm = 101. 325 Pa = 101,325 kPa = 1, 01325 bar
Pengukuran tekanan dengan menggunakan referensi tekanan nol
absolut disebut tekanan absolut (ata), sedang tekanan manometer (ato)
adalah tekanan relatif terhadap tekanan atmosfir. Tekanan vakum
adalah tekanan dibawah 1 atm, yaitu perbedaan antara tekanan
atmosfir dengan tekanan absolut, seperti ditunjukkan dalam Gambar 1.4.
sebagai berikut,
Gambar 1.4. Hubungan pengukuran beberapa jenis tekanan
Alat pengukur tekanan diatas atmosfir adalah manometer, alat pengukur
tekanan vakum disebut manometer vakum, sedang alat pengukur
tekanan atmosfir disebut barometer. Terdapat banyak jenis metode
pengukuran tekanan seperti pipa U, manometer pegas, atau transduser
elektronik.
P man
P atm
P abs
P abs
P vac
Diktat TERMODINAMIKA DASAR
Oleh : Ir. Sudjito, PhD. , Ir. Saifuddin Baedoewie, Agung Sugeng W., ST., MT.
Program Semi Que IV
Fakultas Teknik Jurusan Mesin
Universitas Brawijaya
10
1.4.3 Temperatur
Ukuran temperatur berfungsi untuk mengindikasikan adanya energi
panas pada suatu benda padat, cair, atau gas. Metodenya biasanya
menggunakan perubahan salah satu property suatu material karena
panas, seperti pemuaian, dan sifat listrik.
Prinsip pengukurannya adalah apabila suatu alat ukur
ditempelkan pada benda yang akan diukur temperaturnya, maka akan
terjadi perpindahan panas ke alat ukur sampai terjadi keadaan
seimbang. Dengan demikian temperatur yang terterapada alat ukur
adalah sama dengan temperatur pada benda yang diukur
temperaturnya. Prinsip tersebut menghasilkan Hukum Thermodinamika
Zeroth (Zeroth Law of Thermodynamics), yaitu apabila dua benda dalam
keadaan seimbang thermal dengan benda ketiga maka dua benda
tersebut juga dalam keadaan seimbang thermal walaupuntidak saling
bersentuhan.
Dalam sistem SI satuan temperatur adalah Kelvin (K) tanpa
derajad. Skala dari ukuran temperatur dalam derajad Celcius adalah
sama dengan skala ukuran Kelvin, tetapi titik nol oC sama dengan 273,15
K. Titik nol oC adalah kondisi es mencair pada keadaan standard atmosfir,
sedang kondisi 0 K adalah kondisi nol mutlak dimana semua gerakan
yang menghasilkan energi pada semua materi berhenti.
Dalam analisis thermodinamika, apabila yang dimaksudkan
adalah ukuran temperatur maka yang digunakan adalah ukuran dalam
K, sedang apabila analisis berhubungan dengan perbedaan temperatur
maka baik ukuran oC maupu K dapat digunakan.
Diktat TERMODINAMIKA DASAR
Oleh : Ir. Sudjito, PhD. , Ir. Saifuddin Baedoewie, Agung Sugeng W., ST., MT.
Program Semi Que IV
Fakultas Teknik Jurusan Mesin
Universitas Brawijaya
11
Bab II
PROPERTY ZAT MURNI DAN KARAKTERISTIK
GAS IDEAL
2.1 ZAT MURNI
Zat murni adalah zat yang mempunyai komposisi kimia yang tetap
pada semua bagiannya. Contoh zat murni misalnya, air, nitrogin, helium,
CO2, udara, dan lain -lain. Persyaratan sebagai zat murni tidak perlu
hanya satu jenis saja, tetapi dapat berupa campuran zat asal
campurannya homogin pada seluruh bagiannya. Udara merupakan
campuran dari beberapa jenis zat tetapi masih bersifat zat murni, tetapi
campuran antara minyak dengan air bukan merupakan zat murni karena
tidak dapat bercampur secara homogin.
Zat murni dapat terwujud dalam fasa padat, fasa cair, atau fasa
gas. Fasa padat mempunyai struktur molekul dengan jarak antar molekul
paling kecil dan gaya ikat antar molekul paling besar, fasa cair
mempunyai gaya ikat yang lebih kecil, dan fasa gas gaya ikat antar
molekul paling kecil. Posisi molekul pada fasa padat relatif tetap, pada
fasa cair molekul bergerak secara oscilasi, dan pada fasa gas molekulmolekul
bergerak bebas tidak beraturan dan saling bertabrakan satu
sama lainnya.
2.2 DIAGRAM FASA
Zat murni dapat mengalami perubahan fasa pada keadaan yang
berbeda-beda, tergantung kepada kondisi property nya. Air berubah
fasa menjadi gas pada temperatur sekitar 100 oC apabila tekanannya 1
atm, tetapi pada tekanan lebih tinggi maka temperatur perubahan fasa
nya lebih tinggi pula. Gambar 2.1. menunjukkan diagram perubahan fasa
cair-gas pada suatu zat murni, dengan koordinat tekanan dan
temperatur.
Diktat TERMODINAMIKA DASAR
Oleh : Ir. Sudjito, PhD. , Ir. Saifuddin Baedoewie, Agung Sugeng W., ST., MT.
Program Semi Que IV
Fakultas Teknik Jurusan Mesin
Universitas Brawijaya
12
Dari sifat tersebut diatas dapat digambarkan diagram perubahan
fasa dari suatu zat murni secara lengkap, yaitu pada semua lingkup
keadaan untuk zat murni tersebut. Contoh diagram perubahan fasa
lengkap tersebut diperlihatkan pada Gambar 2.2 (a) dengan koordinat Tv
dan Gambar 2.2 (b) untuk koordinat P-v. Garis fasa berbentuk
lengkungan tajam pada bagian atasnya, garis disebelah kiri adalah garis
liquid jenuh dan garis disebelah kanan adalah garis uap jenuh. Titik
puncaknya merupakan titik kritis, dimana diatas titik tersebut kondisi fasa
P
T
Gambar 2.1. Diagram perubahan fasa cair – gas pada zat
murni
Garis liquid jenuh
Garis uap jenuh
a
T2 >
T1
T1
Titik kritis Titik kritis
P2 > P1
b c
d
P1
P
v v
T
Diktat TERMODINAMIKA DASAR
Oleh : Ir. Sudjito, PhD. , Ir. Saifuddin Baedoewie, Agung Sugeng W., ST., MT.
Program Semi Que IV
Fakultas Teknik Jurusan Mesin
Universitas Brawijaya
13
(a). Koordinat P-v (b). Koordinat T – v
Gambar 2.2. Diagram perubahan fasa suatu zat murni
kondisi liquid dan gas bersamaan. Keadaan titik kritis untuk zat murni air
terjadi pada tekanan Pcr = 22,09 MPa, dan temperatur Tcr = 374,14oC.
Daerah diantara garis liquid jenuh dengan garis uap jenuh adalah
daerah terjadinya campuran antara fasa cair dan fasa gas.
Garis putus-putus pada diagram Gambar 2.2 (a) menunjukkan
lintasan proses penguapan zat murni pada tekanan konstan P1 dan P2
(dengan P2 > P1), dan terlihat bahwa lintasan proses penguapan pada
tekanan P2 terjadi pada temperatur lebih tinggi daripada lintasan pada
temperatur P1. Garis a-b menunjukkan pemanasan pada fasa liquid
sampai mencapai titik cair jenuh di b. Sedang pada garis b-c terjadi
proses penguapan yang terjadi pada temperatur konstan dan tekanan
konstan, dengan fasa diantara titik b dan titik c adalah kondisi campuran
antara liquid dan gas. Pada titik b adalah 100% liquid, sedang pada titik d
adalah 100% fasa gas. Selanjutnya garis c-d menunjukkan pemanasan
lanjutan dari uap, sehingga kondisi uapnya disebut uap panas lanjut
(superheated steam). Panas yang dibutuhkan untuk pemanasan air pada
garis a-b dan pemanasan uap pada garis c-d disebut panas sensibel,
sedang panas yang diperlukan untuk proses penguapan pada garis b-c
disebut panas laten. Terlihat pada Gambar 2.2 bahwa semakin tinggi
tekanan fluida (juga temperaturnya), semakin pendek garis penguapan
(garis b-c untuk tekanan P1) sehingga semakin kecil panas laten yang
dibutuhkan. Garis putus-putus pada Gambar 2.2 (b) adalah garis
isothermis pada diagram penguapan dengan koordinat P-v.
2.3 TABEL PROPERTY
Dalam analisis thermodinamika selalu dibutuhkan data nilai
property dari suatu zat, pada semua lingkup keadaan untuk masingmasing
zat yang diteliti. Nilai property dapat diprediksi dengan
mengembangkan suatu persamaan matematis hubungan antar property
dari zat yang bersangkutan. Namun biasanya bentuk hubungan antar
Diktat TERMODINAMIKA DASAR
Oleh : Ir. Sudjito, PhD. , Ir. Saifuddin Baedoewie, Agung Sugeng W., ST., MT.
Program Semi Que IV
Fakultas Teknik Jurusan Mesin
Universitas Brawijaya
14
property untuk semua zat sangat kompleks, srhingga sangat sulit untuk
direpresentasikan dalam suatu persamaan yang sederhana.
Karena itu data property biasanya dipresentasikan dalam bentuk Tabel
Thermodinamika, yang berisi data property dari beberapa zat yang sering
digunakan dalam aplikasi thermodinamika. Tabel tersebut membutuhkan
data property yang sangat banyak, yang dikumpulkan dari hasil
pengukuran yang membutuhkan waktu yang lama. Jenis property yang
biasanya ada dalam Tabel Thermodinamika adalah tekanan, temperatur,
volume spesifik, energy internal, panas laten, dan dua property baru yaitu
enthalpy (h) dan entropy (s) yang akan dibahas dalam bab selan jutnya.
Data property untuk keadaan fasa campuran tidak dapat dilihat secara
langsung dalam Tabel Thermodinamika, tetapi dapat dihitung dengan
menggunakan parameter kualitas campuran (x) yaitu:
lotal
g
m
m
x = (2.1)
dimana : masa total campuran (mtotal)= masa liquid + masa uap = mf + m g
Parameter x mempunyai nilai nol yaitu apabila mg = 0 atau pada kondisi
liquid jenuh, sedang x = 1 apabila mf = 0 atau mg = mtotal, yaitu pada
keadaan uap jenuh. Hubungan antara parameter x dengan nilai property
tertentu, misalnya enthalpy (h) adalah:
h = hf + x . hfg (2.2)
dimana: h = enthapy pada kondisi campuran
hf = enthalpy pada keadaan liquid jenuh
hfg = pana laten
2.4 GAS IDEAL
Molekul-molekul gas didalam suatu ruangan yang dibatasi dinding
bergerak kesegala arah dengan tidak beraturan (chaotic motion ).
Karena gerakan tidak beraturan tersebut kemungkinan sering terjadi
Diktat TERMODINAMIKA DASAR
Oleh : Ir. Sudjito, PhD. , Ir. Saifuddin Baedoewie, Agung Sugeng W., ST., MT.
Program Semi Que IV
Fakultas Teknik Jurusan Mesin
Universitas Brawijaya
15
tumbukan antar molekul, sebelum menabrak dinding batas ruangan.
Tabrakan molekul ke dinding ruangan tersebut terjadi secara terusmenerus,
yang menimbulkan efek tekanan gas didalam ruangan
tersebut. Semakin tinggi temperatur gas, maka semakin besar kecepatan
geraknya sehingga menyebabkan momentum tumbukan terhadap
dinding semakin besar. Akibatnya tekanan yang terjadi dida lam ruangan
akan semakin besar pula.
Dari mekanisme gerakan molekul tersebut, maka dapat
dibayangkan adanya suatu persamaan matematik hubungan antar
variabel property gas didalam ruangan, terutama tekanan (P),
temperatur (T), dan volume ruangan (V). Volume ruangan juga
merupakan variabel karena menentukan jarak lintasan gerak molekul
sebelum menabrak dinding. Namun untuk menurunkan persamaan
hubungan secara analitis mengalami kesulitan, karena kompleksitas
gerakan molekul, adanya gaya tarik-menarik antar molekul, dan
pengaruh volume molekul sendiri. Karena itu kemudian diasumsikan
adanya suatu jenis gas idea yang mempunyai sifat ideal, sehingga
dimungkinkan penurunan persamaan matematis hubungan antar
beberapa variabel dari property gas. Sifat-sifat gas ideal yang diinginkan
tersebut tersebut adalah:
1. Gaya tarik-menarik antar molekul gas diabaikan.
2. Total volume molekul gas diabaikan terhadap volume ruangan.
Asumsi pertama memungkinkan bahwa semua energi kinetic molekul
menghasilkan energi tumbukan molekul ke dinding, sedang asumsi kedua
memungkinkan tidak ada pengurangan energi kinetik molekul karena
tumbukan antar molekul diabaikan. Dengan kedua asumsi tersebut,
maka secara analitis dapat diturunkan persamaan hubungan antar
variabel P, v, dan T gas ideal, atau sering disebut persamaan keadaan
gas ideal atau persamaan Boyle – Gay Lussac, sebagai berikut,
Pv = RT (2.3)
dengan, P = tekanan absolut gas
Diktat TERMODINAMIKA DASAR
Oleh : Ir. Sudjito, PhD. , Ir. Saifuddin Baedoewie, Agung Sugeng W., ST., MT.
Program Semi Que IV
Fakultas Teknik Jurusan Mesin
Universitas Brawijaya
16
v = volume spesiifik gas
R = konstanta gas
T = temperatur absolut gas
Boyle dan Gay Lussac mendapatkan persamaan tersebut melalui
eksperimen pada kondisi gas pada tekanan sangat rendah, sehingga
persamaan gas ideal dapat diaplikasikan pada gas sebenarnya apabila
tekanannya sangat rendah. Dalam penelitian selanjutnya didapatkan
apabila pada temperatur tinggi, atau pada tekanan sangat tinggi sekitar
tujuh kali tekanan kritisnya, maka si fat suatu gas juga mendekati sifat gas
ideal.
Besarnya konstanta gas R berbeda untuk setiap jenis gas, dan dapat
dihitung dengan,
M
R
R = m (2.4)
dengan, R ? = konstanta gas universal
M = masa setiap molekul gas
Besarnya konstanta gas universal adalah sama untuk semua jenis gas
yaitu R? = 8,314 kJ/(kmol.K). Masa gas didalam ruangan dapat dihitung
apabila jumlah molekulnya diketahui, anadaikan junlah molekulnya N,
maka masa gas didalam ruangan tersbut:
M = M N (2.5)
Dan volume ruangan adalah: V = m v (2.6)
Sehingga persamaan gas ideal dapat dituliskan dalam variabel volume
ruangan sebagai berikut.
P V = m R T (2.7)
P V = N R? T (2.8)
Diktat TERMODINAMIKA DASAR
Oleh : Ir. Sudjito, PhD. , Ir. Saifuddin Baedoewie, Agung Sugeng W., ST., MT.
Program Semi Que IV
Fakultas Teknik Jurusan Mesin
Universitas Brawijaya
17
Dari persamaan (2.7) dapat diturunkan hubungan antara variabel gas
didalam ruangan pada dua keadaan yang berbeda, dengan masa gas
(m) tetap sebagai berikut,
2
2 2
1
1 1 . .
T
P V
T
P V
= (2.9)
dengan indeks 1 dan 2 menunjukkan bahwa gas pada keadaan 1 dan
pada keadaan 2.
Menurut penelitian, beberapa jenis gas seperti udara, oksigen,
hidrogen, helium, argon, neon, CO2 dapat dperlakukan sebagai gas ideal
dengan penyimpangan hasil perhitungan terhadap kondisi sebenarnya
hanya sekitar 1%. Gas yang dipadatkan seperti uap didalam ketel uap,
zat refrigeran didalam mesin pendingin tidak boleh diperlakukan sebagai
gas ideal, karena penyimpangan atau kesalahan perhitungannya
menjadi terlalu besar. Data property nya harus dilihat dalam Tabel
Thermodinamika untuk gas yang bersangkutan.
2.5 PERSAMAAN KEADAAN GAS
Persamaan gas ideal cukup sederhana, namun seperti telah
dibahas sebelumnya lingkup pemakaiannya terbatas. Banyak usaha
dilakukan untuk mengembangkan persamaan keadaan gas, dengan
lingkup pemaka ian yang lebih luas. Namun persamaan yang didapatkan
umumnya lebih kompleks dibandingkan dengan persamaan gas ideal,
seperti pada persamaan Van der Waals dan persamaan Beattie-
Bridgeman sebagai berikut:
1. Persamaan Van del Waals.
Pada tahun 1873, Van der Waals mengajukan persamaan keadaan
gas dengan tambahan dua konstanta a dan b sebagai berikut,
Diktat TERMODINAMIKA DASAR
Oleh : Ir. Sudjito, PhD. , Ir. Saifuddin Baedoewie, Agung Sugeng W., ST., MT.
Program Semi Que IV
Fakultas Teknik Jurusan Mesin
Universitas Brawijaya
18
v b RT
v
a
(P + )( - ) = 2 (2.10)
dengan nilai konstanta a dan b sebagai berikut.
cr
cr
P
a R T
64
27 2 2
= dan
cr
cr
P
RT
b
8
= (2.11)
Persamaan Van der Waals mempunyai ketelitian yang kurang baik, tetapi
apabila konstanta a dan b dihitung menurut perilaku gas sebenarnya
pada lingkup yang luas maka ketelitiannya menjadi lebih naik.
2. Persamaan Beattie-Bridgeman.
Persamaan Beattie – Bridgeman diajukan pada tahun 1928, dengan
menggunakan lima konstanta sebagai berikut,
2 3 2 (1 )( )
.
v
v B A
vT
c
v
R T
P = m - - - (2.12)
dengan konstanta A dan B dihitung dengan persamaan sebagai berikut,
(1 ) 0 v
a
A = A - dan 0(1 )
v
b
B = B - (2.13)
Aplikasi persamaan ini adalah sampai dengan 0,8 ? cr , dengan ? cr
adalah titik krits dari densitas gas yang bersangkutan.

PANDUAN MERAKIT KOMPUTER

BUKU PANDUAN

PELATIHAN MERAKIT KOMPUTER

            Pimpinan  : M. Munir Ginting

 Instruktur : Bresman P. Siboro

                   Izin Disnaker : 65786/89/II/2007

Kantor Pusat : Pertempuran No.115 P.Brayan Kota Medan
Telp :  061 – 6624623    HP. 0812 6598 8438

Email : bladexrooz@ymail.com

MERAKIT KOMPUTER

Merakit komputer merupakan sesuatu yang menyenangkan bagi yang suka

dengan perakitan komputer. Sebelum mulai merakit komputer, maka

persiapkan dulu komponen-komponennya, seperti casing (termasuk catu daya),

motherboard, processor, heatsink dan kipasnya, memory, kartu grafis (VGA/AGP),

harddisk, CDROM/DVDROM, floppy disk drive, monitor, speaker, keyboard dan

mouse. Selain komponen di atas, persiapkan juga CD driver dan CD sistem operasi

serta software yang diperlukan. Persiapkan pula berbagai alat tangan seperti obeng,

tang dan pinset. Langkah-langkah untuk merakit PC secara umum adalah seperti

berikut ini.

1. Menyiapkan dan Mengamati Motherboard.

a. Siapkan Motherboardnya dan amati bagian-bagiannya dengan seksama.

Apabila perlu tulislah posisi komponen yang ada padanya agar lebih paham.

Gambar 1. Motherboard Gigabyte GA-8S661FXM-775

b. Seteleh itu buka pengunci socket processor.

Gambar 2. Socket processor yang terbuka

Panduan Praktis Merakit dan Menginstall Komputer

2. Ambil Processor.

a. Perhatikan bahwa processor mempunyai tanda pada salah satu sudutnya,

dalam hal ini biasanya ditandai dengan lekukan, lubang atau anak panah.

Gambar 3.a Processor tampak dari atas  Gambar 3.b Processor tampak dari bawah

b. Cocokan tanda tersebut dengan tanda yang ada pada socket processor.

c. Jika saudara melakukan hal tersebut di atas dengan tepat, maka processor

akan dapat dimasukkan ke socketnya dengan baik dan benar.

d. Kunci kembali socket tersebut, dengan cara menekan tuas kebawah dan

mengaitkan pada pengunci yang ada.

Gambar 4. Processor tampak dari atas setelah dikunci

Panduan Praktis Merakit dan Menginstall Komputer

3. Memasang Heatsink dan Kipas Pendingin.

a. Heatsink dan kipas angin biasanya sudah dirangkai menjadi satu, sehingga kita

hanya tinggal memasangnya dan untuk memasangnya sangatlah mudah.

b. Sebelum memasang, perhatikan posisi kabel daya untuk kipas dengan lokasi

connector dayanya. Cari jarak terpendek agar kabel daya itu tidak

bersinggungan dengan kipas.

Gambar 5. Hasil pemasangan pendingin dan kipas processor

c. Dalam contoh heatsink Pentium 4 kali ini bentuk pendinginnya adalah bulat dan

terdapat 4 buah pengunci pada 4 titik disekeliling pendingin.

d. Pasanglah heatsink tersebut dengan cara meletakkannya tepat di atas

processor dan sesuikan dudukan pendingin pada motherboard yang ada.

e. Kunci 4 titik pada pendingin tersebut dengan cara tekan dan putar searah

dengan jarum jam menggunakan obeng plus (+).

Panduan Praktis Merakit dan Menginstall Komputer

4. Memasang Memory

a. Untuk memasang memory, maka bukalah pengunci slot memory di kedua

sisinya pada motherboard.

b. Perhatihkan bahwa setiap keping memori memiliki celah pada sisi bawahnya.

Pada praktek kali ini kita menggunakan double data rate random access

memory (DDRAM). Ada jenis RAM yang lain, tetapi saat ini susah ditemukan

di pasaran dalam keadaan baru yang disebut dengan syncronous dynamic

random access memory (SDRAM).

c. Cocokkan celah ini dengan slot memori. Jika saudara memaksakan memasang

memory dengan arah yang salah, maka dapat merusakkan memory atau

bahkan motherboardnya.

Gambar 6. Pemasangan DDRAM

d. Tekan keping memori pada kedua sisinya sehingga terdengar bunyi “klik”, dan

penguncinya akan menutup dengan sendirinya.

Gambar 7. Hasil akhir pemasangan DDRAM

Panduan Praktis Merakit dan Menginstall Komputer

5. Menyiapkan Casing.

a. Siapkan casing yang akan digunakan.

b. Letakkan di atas meja atau tempat lain yang dianggap aman.

c. Lepas sekrup yang ada pada bagian belakang, kemudian buka panel

sampingnya dengan hati-hati, seperti pada gambar berikut ini.

Gambar 8. Membuka casing

d. Cocokkan posisi motherboard dengan dudukan yang ada pada casing.

e. Pastikan kaki-kaki tersebut akan mendukung motherboard saudara di bagian

yang membutuhkan tekanan kuat, seperti socket processor atau slot memory.

Jangan lupa setiap dudukan motherboard yang ada lubang bautnya harus

dikasih sekrup/baut, agar kedudukannya kuat (tidak goyah).

Panduan Praktis Merakit dan Menginstall Komputer

yamta@vedcmalang.or.id 6

6. Memasang Motherboard.

a. Siapkan sekrup-sekrup yang digunakan dan obeng, kemudian pasangmotherboard saudara dengan benar pada dudukan yang tersedia.

Gambar 9. Memasang motherboard pada casing

b. Kuatkan (putar searah dengan jarum jam) semua sekrup yang digunakan untuk

motherboard tersebut dengan baik dan benar.

Panduan Praktis Merakit dan Menginstall Komputer

7. Menyiapkan Harddisk

a. Ambil harddisk saudara, dan perhatikan bagian jumpernya. Pada jumper akan

terdapat pilihan Master, Slave atau Cable Select. Informasi ini dapat ditemukan

pada permukaan harddisk.

b. Pasang jumper pada posisi sesuai dengan yang diinginkan. Jika perlu siapkan

pinset untuk mencabut dan memasang jumper pada harddisk.

8. Memasang Harddisk ke Casing.

a. Beberapa casing manggunakan sistem bracket yang dapat dilepas untuk

memudahkan dalam pemasangan harddisk dan floppy drive.

Gambar 10. Memasang harddisk pada casing

b. Pilihlah sekrup yang sesuai, jangan sampai terlalu besar atau terlalu panjang,

kemudian pasang sekrup tersebut pada dudukan harddisk dengan baik dan

benar.

Panduan Praktis Merakit dan Menginstall Komputer

9. Menghubungkan Harddisk ke Motherboard.

a. Perhatikan bahwa terdapat dua tipe kabel data IDE, yaitu 40-wire dan 34-wire.

Kabel 40-wire digunakan untuk harddisk, dan kabel 34-wire digunakan untuk

flopy disk drive (FDD).

b. Pemasangan kabel data ini tidak boleh terbalik. Pada salah satu sisi biasanya

terdapat kabel dengan warna merah yang menandakan pin nomor 1.

Gambar 11. Memasang kabel IDE pada harddisk

c. Posisi ini juga ditandai di harddisk. Normalnya posisi pin 1 pada harddisk

(kabel warna merah) berada tepat di sebelah connector daya (warna merah

pula).

10. Memasang Floppy Disk Drive (FDD).

a. Memasang Floppy drive, hampir sama dengan memasang harddisk, kecuali

untuk beberapa model casing yang memisahkan tempat floppy dan harddisk.

b. Beberapa tipe casing, kemungkinan perlu untuk membuka panel depannya

terlebih dahulu sebelum memasang floppy disk drive.

Panduan Praktis Merakit dan Menginstall Komputer

yamta@vedcmalang.or.id 9

11. Menyiapkan CD / DVD Drive.

a. Seperti halnya harddisk, CD / DVD drive juga menggunakan jumper untuk

posisi Master dan Slave. Atur jumper tesebut pada posisi yang diinginkan.

b. Apabila hanya terdapat sebuah harddisk, maka jumper berada pada posisi

Master.

c. Seandainya terdapat 2 buah harddisk pada satu computer dan keduanya

diaktifkan, maka 1 harddisk dijadikan Master dan harddisk satunya harus diatur

pada posisi Slave.

12. Memasang CD / DVD drive.

a. Untuk memasang CD / DVD drive biasanya kita perlu melepas panel depan

casing terlebih dahulu, atau tergantung juga jenis dan model casing yang

digunakan.

b. Membuka penutup drive yang ada pada panel depan.

c. Pasanglah CD/DVD drive dengan benar, kemudian tutup kembali panel depan

(jika menggunakan panel depan).

13. Menghubungkan CD / DVD drive ke Motherboard.

a. Pemasangan kabel data IDE dari CD/DVD ke motherboard sama dengan

pemasangan harddisk.

b. Pasang connector CD / DVD, dan ujung satunya lagi ke motherboard, pada

connector yang bertuliskan CD.

c. Jangan lupa untuk selalu merapikan kabel-kabel tersebut agar tidak saling

terkait dan “semrawut”. Atur lintasan dan jalur kabel dengan rapi, jika perlu

ikatlah agar lebih rapi dan enak dipandang mata.

Panduan Praktis Merakit dan Menginstall Komputer

yamta@vedcmalang.or.id 1 0

14. Menghubungkan Kabel Connector pada Motherboard.

a. Sekarang kita perlu menyambung kabel-kabel dari casing ke motherboard.

b. Kabel ini terdiri dari switch daya, indikator harddisk, indikator daya, tombol reset

dan speaker, seperti tampak pada gambar berikut ini.

Gambar 12. Memasang connector ke motherboard

c. Untuk casing yang menyediakan panel depan, misalnya universal serial bus

(USB), maka kabel-kabelnya juga harus dihubungkan ke motherboard agar

dapat berfungsi dengan normal.

Panduan Praktis Merakit dan Menginstall Komputer

15. Menghubungkan Kabel Daya.

a. Setelah semua terpasang, maka langkah selanjutnya adalah menghubungkan

kabel daya dari catu daya ke motherboard, harddisk, FDD dan CDROM.

b. Untuk motherboard Pentium 4, biasanya paling tidak ada 2 connector daya

yang harus dipasang, seperti gambar berikut ini.

Gambar 13. Memasang kabel daya 1 ke motherboard

Gambar 14. Memasang kabel daya 2 ke motherboard

Panduan Praktis Merakit dan Menginstall Komputer

c. Kemudian sambungkan juga kabel-kabel daya ke hardisk, floppy, dan CD/

DVD. Jika casing saudara menggunakan kipas pendingin, maka hubungkan ke

catu daya atau ke motherboard, sesuai dengan connector yang dimiliki.

Gambar 15. Memasang kabel daya harddisk

16. Siapkan Komponen-Komponen Bagian Luar.

a. Jika komponen bagian dalam sudah beres, maka sekarang giliran komponenkomponen

bagian luar, seperti monitor, keyboard, mouse dan speaker

.

Gambar 16. Socket komponen bagian luar casing

Panduan Praktis Merakit dan Menginstall Komputer

yamta@vedcmalang.or.id 1 3

b. Untuk komponen-komponen ini, kita tinggal menyambungkan kabel-kabelnya

saja pada terminal yang telah ditentukan, misalnya keyboard, mouse, speaker

dan lain-lainnya.

c. Jangan lupa untuk kabel-kabel daya, baik untuk bagian casing maupun

monitor.

17. Memeriksa Catu Daya.

a. Periksalah dengan seksama untuk catu daya yang digunakan. Tegangan

normalnya adalah 220 – 230 Volt. Apabila disediakan switch, maka pindahkan

switch ke sumber tegangan yang sesuai.

Gambar 17. Connector power supply

b. Beberapa power supply dilengkapi dengan pemindahan tegangan (switch)

antara 110 atau 220 Volt.

18. PC Saudara Sudah Siap.

a. Sekarang PC saudara sudah benar-benar siap, dan bisa di ON kan power

Supplynya. Jangan lupa sebelum mengONkan Power Supply tersebut untuk

selalu “berdo’a” terlebih dahulu.

b. Kalau belum mau ON periksa sekali lagi pengkabelan daya (sumber tegangan)

yang digunakan untuk mensupply perangkat computer tersebut.

Panduan Praktis Merakit dan Menginstall Komputer

19. Menginstall Operating Sistem dan Software-Software yang Diinginkan.

a. Setelah semua dirakit dengan benar, sekarang adalah tahap menginstall sistem

operasi yang digunakan dan juga software-software yang diinginkan. Untuk

sistem operasi Windows misalnya saudara dapat memakai Windows 98,

Windows 2000 Professional, Windows XP atau mungkin Linux.

b. Install pula software aplikasi lainnya sesuai dengan kebutuhan, seperti

Microsoft Office 2003, Open Office, Star Office, Acrobat Reader dan software

aplikasi lainnya sesuai dengan kebutuhan.

c. Berusahalah untuk menggunakan Software yang resmi (ada licensenya),

kecuali kalau memang software tersebut open source.

d. Beberap contoh software yang open source, misalnya knoppix, OpenOffice,

StarOffice dan lain sebagainya.