Dokumen tersebut membahas analisis eksergi atau ketersediaan energi untuk meningkatkan efisiensi penggunaan energi. Definisi eksergi diperkenalkan sebagai ukuran potensi energi suatu sistem. Beberapa persamaan eksergi dikemukakan untuk menganalisis perubahan dan perpindahan eksergi antara sistem dan lingkungannya. Efisiensi eksergi atau efisiensi hukum kedua termodinamika diperkenalkan untuk meng

1. Bab 7: Eksergi Dr. Ir. T. A. Fauzi Soelaiman hal.: 7.1
BAB 7. ANALISIS EKSERGI
• Analisis Eksergi atau Availibilitas (Ketersediaan) dapat dipakai untuk mencari
lokasi, jenis dan besar kerugian atau kehilangan agar dapat mengefisiensikan
penggunaan energi.
• Informasi yang diperoleh dapat dipakai untuk merancang suatu sistem termal
dan menurunkan ketidakefisienan sistem yang ada.
• PENDAHULUAN
Perhatikan sebuah sistem terisolasi sebagai berikut:
• Sesuai dengan Hukum Termo 1: Sejalan dengan waktu, energi adalah kekal.
Akan tetapi potensi pemakaian energinya turun.
• Eksergi: sifat potensi pemakaian energi.
• Bila ada energi masuk (bahan, bakar, listrik, aliran massa, dll.), maka akan
keluar sesuatu dalam bentuk produk.
Akan dipelajari:
• eksergi dapat dihilangkan oleh ketidakterbalikkan (tidak kekal seperti energi).
• eksergi dapat dipindahkan dari/ke sistem.
Tujuan analisis:
• menentukan dimana eksergi dihancurkan dan kerugian terjadi, dan
• menentukan proses mana yang terpenting dan perlu diperbaiki.
Dari Bab 5: bila dua sistem dari dua tingkat keadaan yang berbeda disatukan, maka
kerja dapat diperoleh sampai kedua sistem tersebut setimbang.

2. Bab 7: Eksergi Dr. Ir. T. A. Fauzi Soelaiman hal.: 7.2
Bila kedua sistem tersebut adalah sekeliling dan sistem tertutup, maka eksergi
secara definisi adalah kerja teoritik maksimum yang dapat diperoleh hingga
sistem tersebut mencapai kesetimbangan dengan lingkungannya (Atau kerja
minimum bila sistem berubah dari dalam kesetimbangan dengan lingkungan
ke suatu tingkat keadaan lain). Nilainya selalu positif.
• DEFINISI:
a. Sekeliling (surrounding): semua yang di luar sistem.
b. Sekeliling terdekat (immediate surrounding): bagian dari sekeliling yang
terdekat dengan sistem; oada daerag ubu sifat intensifnya dapat berubah
akibat adanya interaksi dengan sistem.
c. Lingkungan (environment): bagian yang lebih besar dari sekeliling (di luar
sekeliling terdekat, dapat diasumsikan pada T = 25oC (77oF), p = 1 atm, atau
kondisi sebenarnya, dan dalam keadaan diam). Walau sifat-intensifnya
selalu tetap, sifat-sifat ekstensifnya dapat berubah karena berinteraksi
dengan sistem yang lain dan mempunyai hubungan sebagai berikut (Pers T-
ds): ∆Ue = To.∆Se – po.∆Ve.
• TINGKAT KEADAAN MATI (DEAD STATE)
Terjadi bila tingkat keadaan sistem = tingkat keadaan lingkungan.
Bila tingkat keadaan suatu zat berbeda dengan lingkungan, maka akan ada
kesempatan untuk menghasilkan kerja. Makin dekat tingkat keadaan zat dengan
lingkungan, makin kecil kesempatan melakukan kerja ini. Bila tingkat keadaan
keduanya sama, maka diperoleh tingkat keadaan mati, dimana keduanya
mempunyai energi, tetapi eksergi sistem terhadap lingkungan adalah nol.
• PENURUNAN PERSAMAAN EKSERGI
Perhatikan suatu sistem kombinasi dengan batas
yang dipilih sehingga hanya energi sebagai kerja
yang dapat melewati batas sistem, sedangkan
panas tidak. Volume sistem kombinasi dianggap
konstan walau volume sistem tertutup dan volume
lingkungan dapat berubah-ubah.
Neraca energi sistem kombinasi: ∆Ec = Qc - Wc
dimana: ∆Ec = (Uo – E) + ∆Ue dan Qc = 0.
Dari Persamaan T-ds untuk lingkungan: ∆Ue = To. ∆Se – po. ∆Ve
Sehingga: ∆Ec = (Uo – E) + (To. ∆Se – po.∆Ve)

3. Bab 7: Eksergi Dr. Ir. T. A. Fauzi Soelaiman hal.: 7.3
Jadi: Wc =(E - Uo) – (To. ∆Se – po. ∆Ve)
Karena volume total sistem kombinasi adalah tetap, maka ∆Ve = - (Vo – V)
Jadi Wc = (E – Uo) + po (V - Vo) – To. ∆Se
Neraca entropi sistem kombinasi: ∆Sc = σc
dimana: ∆Sc = (So – S) + ∆Se = σc
Masukkan persamaan ini ke dalam persamaan neraca energi, sehingga diperoleh:
Wc = (E – Uo) + po (V – Vo) – To (S – So) – To.σc
Karena σo ≥ 0, maka kerja maksimum, atau eksergi, sistem kombinasi ini adalah:
E = (E – Uo) + po (V – Vo) – To (S – So)
(Terbukti)
• EKSERGI
Eksergi suatu sistem tertutup pada tingkat keadaan tertentu adalah [kJ, Btu]:
E = (E-Uo) + po(V – Vo) – To (S – So)
dimana: E = U + KE + PE, dan subskrip o menyatakan tingkat keadaan mati.
• Dalam bentuk intensif berbasis massa:
e = (e – uo) + po (v – vo) – To (s –so)
atau
e = (u – uo) + po (v-vo) – To (s - so) + V2/2+gz
• Perubahan eksergi antara dua tingkat keadaan sistem tertutup:
E2 – E1 = (E2 – E1) + po (V2 – V1) – To (S2 – S1)
• BEBERAPA ASPEK EKSERGI
a. Eksergi adalah ukuran jauhnya tingkat keadaan sistem dari
lingkungan.
b. Eksergi adalah sifat (tidak bergantung pada proses) yang
bergantung pada sistem dan lingkungannya.
c. Eksergi tidak dapat bernilai negatif karena semua sistem yang
tidak berada pada tingkat keadaan lingkungan dapat dengan
spontan berubah ke tingkat keadaan sekeliling.
d. Eksergi tidak kekal, tetapi dapat dihancurkan oleh
ketakterbalikan.
e. Eksergi dapat seluruhnya hancur bila dibiarkan secara spontan ke
tingkat keadaan mati.

4. Bab 7: Eksergi Dr. Ir. T. A. Fauzi Soelaiman hal.: 7.4
• KESETIMBANGAN EKSERGI UNTUK SISTEM TERTUTUP
Dari kesetimbangan energi dan entropi (lihat penurunan di buku):
2⎛ T ⎞
E 2 − E 1 = ∫ ⎜1 − o
⎜ T ⎟δQ − [W − p o (V2 −V1 )] − Toσ
⎟
1⎝ b ⎠
Perubahan eksergi = (perpindahan eksergi yang mendampingi panas – perpindahan
eksergi yang mendampingi kerja) – hancurnya eksergi (irreversibilitas)
• To.σ = Ed = kehancuran eksergi
(> 0 bila ketidakterbalikan terjadi, = 0 bila terbalikkan)
• Perhatikan bahwa walau kehancuran eksergi (Ed) harus ≥ 0, tetapi ∆E dapat
bernilai positif, negatif atau nol.
Bentuk lain persamaan eksergi (berdasarkan laju):
⎛ T ⎞
dE
= ∑ ⎜1 − o ⎟Q j − ⎛W − p o dV ⎞ − E d
& ⎜ & ⎟ &
dt j ⎜ ⎟ ⎝ dt ⎠
⎝ Tj ⎠
Untuk sistem yang terisolasi:
∆Eisolasi = -Ed|isol
Karena Ed harus positif, maka eksergi sistem terisolasi hanya mungkin berkurang
(kebalikan dari entropi).
Dari: dE ⎛ T ⎞&
= ∑ ⎜1 − o
⎜ T ⎟Qb
⎟
dt j ⎝ b ⎠
Dapat terlihat bahwa bila temperatur di lokasi perpindahan panas lebih rendah dari
temperatur lingkungan, maka perpindahan panas dan perpindahan eksergi akan
mempunyai arah yang berlawanan:
• Bila Tb > To, maka Q searah dengan E.
• Bila Tb < To, maka Q berlawanan arah dengan E.
• EKSERGI ALIRAN
Laju perpindahan eksergi bersama kerja aliran suatu sistem = m (p.v – po.v)
• Energi : me = m(u + V2/2 + gz)
• Eksergi : me = m[(e – uo) + po (v - vo) – To (s - so)]
• Eksergi aliran:
V2
e f = h − ho − To ( s − s o ) + + gz
2

5. Bab 7: Eksergi Dr. Ir. T. A. Fauzi Soelaiman hal.: 7.5
• KESETIMBANGAN LAJU EKSERGI UNTUK VOLUME ATUR
Kesetimbangan laju eksergi:
⎛ T ⎞
dE CV
= ∑ ⎜1 − o ⎟Q j − ⎛WCV − p o dVCV ⎞ + ∑ mi e fi − ∑ me e fe − E d
& ⎜ & ⎟ & & &
dt j ⎜ ⎟ ⎝ dt ⎠ i
⎝ Tj ⎠ e
Untuk keadaan tunak dan dengan satu masukan dan satu keluaran:
⎛ T ⎞
0 = ∑ ⎜1 − o ⎟Q j − WCV + m(e f 1 − e f 2 ) − E d
& & & &
⎜ Tj ⎟
j
⎝ ⎠
Dimana:
V12 − V22
e f 1 − e f 2 = (h1 − h2 ) − To ( s1 − s 2 ) + + g ( z1 − z 2 )
2

6. Bab 7: Eksergi Dr. Ir. T. A. Fauzi Soelaiman hal.: 7.6
• EFISIENSI HUKUM II ATAU EFISIENSI EKSERGI
Menyatakan keefektifan pemakaian energi.
Balans energi:
dE
dt
&( & & )
= Q s − Qu − Ql − W&
Balans Eksergi:
dE ⎡⎛ To ⎞ & ⎛ T0 ⎞& ⎛ T ⎞& ⎤ ⎡& dV ⎤ &
= ⎢⎜1 − ⎟Q s − ⎜1 − ⎟Qu − ⎜1 − o ⎟Ql ⎥ − ⎢W − p o − Ed
dt ⎣⎜ Ts
⎢⎝
⎟
⎠
⎜ T
⎝ u
⎟
⎠
⎜
⎝ Tl ⎟
⎠ ⎥ ⎣
⎦ dt ⎥
⎦
Jadi:
& & &
Q s = Qu + Ql
⎛ To ⎞& ⎛ T ⎞& ⎛ T ⎞&
⎜1 −
⎜ T ⎟Q s = ⎜1 − o
⎟ ⎜ T ⎟Qu + ⎜1 − o
⎟ ⎜ ⎟Ql + E d
⎟
&
⎝ s ⎠ ⎝ u ⎠ ⎝ Tl ⎠
Efisiensi Energy:
&
Qu
η= = 100% bila &
Ql = 0
&
Qs
Efisiensi Eksergi (Efisiensi Hk. Termo II):
⎛ To ⎞& ⎛ T ⎞
⎜
⎜1 − T ⎟Qu
⎟ ⎜1 − o ⎟
ε=⎝ ⎠
= η⎜ ⎟
u Tu
⎛ To ⎞& ⎜ T ⎟
⎜1 − ⎟Q s ⎜1 − 0
⎜ ⎟
⎟
⎜ T ⎟ ⎝ Ts ⎠
⎝ s ⎠
Ingin ε mendekati 100% dan Ts dan Tu sesuai.
Untuk Ts = 2200 K dan η = 100%, maka:

7. Bab 7: Eksergi Dr. Ir. T. A. Fauzi Soelaiman hal.: 7.7
• PEMAKAIAN EFISIENSI HUKUM TERMO II
Asumsi: proses adiabatik, tunak.
1. TURBIN
⎛ T ⎞
0 = ∑ ⎜1 − 0 ⎟Q j − WCV + m(e f 1 − e f 2 ) − E d
& & & &
⎜ Tj ⎟
Atau: ⎝ ⎠
&
WCV E d&
e f1 − e f 2 = +
m& m &
Efisiensi Eksergi Turbin (efektivitas penurunan eksergi menjadi kerja):
&
WCV / m &
ε=
e f1 − e f 2
2. KOMPRESOR dan POMPA
&
− WCV &
E
= e f 2 − e f1 + d
m& m&
Efisiensi Eksergi Kompresor/Pompa (efektivitas konversi kerja yang dimasukkan
menjadi kenaikan eksergi):
e f 2 − e f1
ε=
( &
−W / m CV& )
3. PENUKAR PANAS TANPA CAMPURAN
⎛ T ⎞
⎜ Tj ⎟
& & ( & & ) (
0 = ∑ ⎜1 − 0 ⎟Q j − WCV + mh e f 1 + mc e f 3 − mh e f 2 + mc e f 4 − Ed
& & & )
⎝ ⎠
& ( )& ( &
m h e f 1 − e f 2 = mc e f 4 − e f 3 + E d )
Efisiensi Eksergi Penukar Panas Tanpa Campuran (keefektivan penukaran eksergi
panas ke dingin): m (e − e )
&
ε=
c f4 f3
m h (e f 1 − e f 2 )
&
4. PENUKAR PANAS DENGAN CAMPURAN
⎛ T ⎞
⎜ Tj ⎟
& & (
0 = ∑ ⎜1 − 0 ⎟Q j − WCV + m1e f 1 + m2 e f 2 − m3e f 3 − E d
& & & & )
⎝ ⎠
Karena m3 = m1 +m2, maka
&
m1 e( f1 − e f 3 )= & (
m2 e f 3 − e f 2 )+ E
&
d
Efektivitas:
(
m2 e f 3 − e f 2
& )
ε=
m (e
&1 f1 −ef3 )