Hukum Pertama Termodinamika
Hukum pertama termodinamika tidak lain adalah hukum kekekalan energi (conservation of energy). Hukum ini menyatakan bahwa: “energi tidak bisa diciptakan dan tidak pula bisa dimusnahkan dalam sebuah proses; ia hanya bisa berubah bentuk.” Hukum pertama termodinamika bisa pula dinyatakan dalam formulasi “energy balance” sebagai berikut:
Ein – Eout biasa disebut sebagai net energy transfer.
Transfer energi bisa dilakukan melalui 3 cara:
- Heat transfer Q
- Work transfer W
- Mass flow
Khusus untuk sistem tertutup, transfer energi hanya bisa dilakukan melalui cara 1 dan 2 (heat transfer dan work transfer saja). Adapun untuk control volume, transfer energi bisa dilakukan dengan ketiga cara diatas.
Dengan demikian, formulasi energy balance diatas bisa dijabarkan sebagai berikut:
Dalam bentuk rate, formulasi energy balance diatas bisa dinyatakan sebagai berikut:
Pada kondisi steady state, (dE)system/dt = 0 sehingga:
Pada sistem tertutup, dikarenakan tidak ada transfer energi akibat mass flow, maka persamaan energy balance tereduksi menjadi:
Qnet – W net = (deltaE)system
dimana:
Qnet = Qin – Qout
Wnet = Win – Wout
Pada sebuah siklus (proses yang membentuk kurva tertutup), (deltaE)system adalah nol, sehingga Qnet = Wnet.
Total energi pada fluida
Pada fluida yang tidak bergerak (non-flowing fluid), total energi merupakan jumlah dari energi internal, energi kinetik, dan energi potensial. Dalam basis massa satuan, ini bisa dinyatakan sebagai berikut:
Energi internal adalah energi yang dimiliki oleh fluida akibat adanya aktivitas di tingkat molekular.
Adapun pada fluida yang bergerak (flowing fluid), terdapat satu lagi energi lain yang bekerja yaitu flow energy (energi aliran), yang besarnya adalah P.v atau P/rho. Flow energy inilah yang membuat fluida bisa masuk kemudian keluar dari control volume. Sehingga, total energi untuk fluida bergerak dalam basis massa satuan adalah theta:
Dan karena Pv + u tidak lain adalah entalpi h maka:
Theta adalah total energi per massa satuan. Adapun total energi yang dikandung oleh fluida yang bergerak dengan massa m adalah:
Inilah besarnya transfer energi melalui mass flow.
Jika dinyatakan dalam bentuk rate menjadi:
Energy balance pada steady-state flowing fluid
Pada fluida bergerak (dimana transfer energi terjadi dalam bentuk heat transfer, work transfer, dan mass flow) yang berada dalam keadaan steady state:
Source: Y. A. Cengel and M. A. Boles. Thermodynamics, An Engineering Approach. 5th Edition