Dokumen ini membahas konsep dasar termodinamika yang mencakup perubahan energi dalam sistem dan interaksi dengan lingkungan. Topik yang dibahas meliputi termodinamika makroskopik dan mikroskopik, hukum-hukum termodinamika, serta aplikasi praktis dalam proses rekayasa kimia. Selain itu, juga dijelaskan berbagai jenis proses, sistem, dan konsep energi terkait seperti entalpi, kerja, dan kalor.

1. TERMODINAMIKA
I
Ir. Deddy Kurniawan Wikanta, MM

2. Literature
Van ness, Smith. Chemical Engineering Thermodinamics
edition V. MC Graw Hill: New York
Daubert, Thomas. Chemical Engineering Thermodinamic .
MC Graw Hill: New York
BG. Kyle. Chemical and Process Thermodinamics 2nd Edition.
Prentice-Hall Inc: London

3. Pendahuluan
TERMODINAMIKA merupakan ilmu yang
mempelajari tentang perubahan sifat benda pada
keadaan sistem yang melibatkan perubahan energi
internal.
Termodinamika adalah suatu landasan untuk
memahami dan melakukan rekayasa proses kimia
Bahasan Termodinamika:
1.Termodinamika Macroscopic (clasical TD)
2.Termodinamika Microscopic (Statistical TD)

4. • Aplikasi
Termodinamika untuk beberapa masalah
nyata dimulai dengan mengidentifikasi
kumpulan fakta dari bahan yang diamati dan
lingkungannya.
• Kumpulan bahan ini disebut sistem
• Sistem : Bagian dari alam yg diamati dan
dipelajari keadaannya
• Lingkungan : Bagian dari alam yg ada disekitar
sistem
• Ada 2 jenis kontak Pertukaran Energi :
1.Kontak mekanik

5. Besaran Termodinamika:
• Q : Kalor
E/U : Energi Internal
• W : Kerja
• H : Entalpi
• Ek : Energi Kinetik
• S : Entropi
• Ep : Energi Potensial
• G : Energi Gibbs
• A : Energi Helmholts
Dengan mengidentifikasi berbagai jenis Energi
diatas,maka Termodinamika menyelesaikan masalah
proses suatu peralatan yg melibatkan energi reaksi
kimia,
kerja mesin, perubahan fisik seperti
perubahan fase, kompresi, kerja mekanik, dll.
•

6. Ruang Lingkup Termodinamika
•
•
•
Proses : perubahan keadaan sistem yg
menempuh suatu lintasan tertentu dengan
adanya
Driving force/ Gaya Dorong.
Proses Siklus :Perputaran proses yang pada
keadaan akhir dari proses sama dg
keadaan awal sebelum proses berlangsung.
Proses berdasarkan lintasan:
- Proses Isobar
- Proses Isentropik
- Proses Isotermik
- Proses Adiabatik
- Proses Isometrik/Isokhorik

7. Suatu proses dapat berlangsung reversibel,
ireversibel atau sistem pada kesetimbangan.
•
Proses Reversibel
Proses Ireversibel
• Berlangsung lambat
•Berlangsung cepat
•Driving Force kecil
•Driving Force Besar
•Perpindahan Panas : dT=0
•Perpindahan Massa : dP=0;dC=0
Kesetimbangan sistem (Equilibrium)
-dapat terjadi bila :
1. tidak ada proses
2. sistem tidak berubah
3. ada perubahan tp kembali ke keadaan awal

8. Hk. Termodinamika ke Nol
Menyatakan bahwa:
“ jika 2 buah sistem yang terpisah berada dalam
keadaan setimbangan termal dengan sistem yg
lain (sistem yg ke tiga), maka kedua sistem
tersebut juga berada dalam kesetimbangan
termal”
Maka:
Temperatur merupakan salah satu variabel yg
berpengaruh pada suatu sistem kesetimbangan
Hukum TD 0 Ini juga disebut sebagai Hk. Tentang
derajat panas yang dimiliki oleh suatu benda/sistem

9. Temperatur (T)
Suatu besaran/ukuran yg menyatakan panas dan
dinginnya suatu benda, serta menentukan arah
perpindahan kalor dari temperaturnya tinggi ke
temperatur rendah.
Konversi Skala Temperatur:
T(ºC)
= (T-273,15) ºK
T(ºR) = 1,8 x T ºK
T(ºF) = T(ºR) -459,67
T(ºF) = 1,8T ºC + 32

10. PRESSURE (Tekanan)
Tekanan (P) yg mendorong fluida ke permukaan
didefinisikan Gaya normal pendorong dari
fluida tiap satuan luas permukaan.
P = F/A = m g /A
Ket: P=tekanan (N/m2)
F=gaya (N)
A=luas permukaan (m2)

11. PANAS (Q) &KERJA (W)
Merupakan bentuk energi dalam transisi, artinya
bahwa tidak ada suatu sistem yang mengandung
panas/kerja.
 Tetapi suatu sistem/benda dapat di kenai kerja/panas
ataupun melepaskannya.
 Bila kita memegang benda terasa panas, berarti
benda itu sedang melepaskan panas ke lingkungan.
 Sebaliknya jika benda terasa dingin, berarti benda
tersebut sedang menyerap panas.
 Suatu benda/sistem dikenai kerja bila benda tersebut
diaduk,ditekan atau diekspansi.


12. PERCOBAAN JOULE
Percobaan I
Suatu cairan dg suhu awal T0
diaduk, sehingga suhu cairan naik
T0T1
 Maka :
-Pengaduk akan memberi kerja(W)
pd cairan
-Kerja(W) dipakai cairan untuk
Sistem=cairan
Lingkungan=pengadukan
menaikan energi dalam(U)
Kerja W= nilai +
-Kenaikan energi internal ditandai
dg perubahan suhu (Δ T)


13. Percobaan II
Suatu Bejana yang dindingnya
diberi isolasi dan diaduk
 Dinding diberi pendingin
 Suhu turun T1T2
 Maka :
-Cairan melepas sebagian Energi
dalam (U) dan dikeluarkan
Sistem = cairan
sebagai Kalor (Q) ke pendingin
Lingkungan = pendingin
-ΔU ditunjukkan dg perubahan
Kerja W = nilai (-)
suhu (Δ T)
-Energi Panas yg ditransfer dari sistem
kelingkunganKALOR(Q)


14. Dari Percobaan Joule didapat konsep Energi Dalam(U):
Adanya
pengadukan berarti ada Energi Dalam yg
sedang dimasukkan ke air/sistem
Sedangkan panas akan dipindahkan ke lingkungan
(termometer)
Ini menunjukan ada korelasi antara panas Q dg kerja W
Tetapi tidak semua energi yg diterima sistem (air)dalam
bentuk kerja W akan dilepaskan menjadi panas Q ke
lingkungan (termometer)

15. Energi yg masih ada tertinggal dalam sistem
(ditunjukan dengan peningkatan suhu termometer)
disebut ENERGI DALAM (U)
Energi Internal (U)  ΔU = n.C. ΔT (J/kg)
n = mol fluida
C = Kapasitas Panas
ΔT = Perubahan Suhu
Energi Internal berpengaruh pd:
 Gerak molekul fluida
 Interaksi antar molekul
 Interaksi atom penyusun molekul

16. Pada dasarnya suatu sistem awalnya telah
mempunyai energi dalam, sehingga adanya kerja
W yg dikenai pada sistem akan menambah energi
dalam sistem tersebut.
ΔU = Q + W (J/kg)
ΔU= Perubahan Energi Dalam
Q = Panas dimasukkan (+)
panas dilepaskan (-)
W= Kerja yg dikenai (+)
kerja yg dilakukan (-)

17. Energi Eksternal /Luar
Energi Eksternal berpengaruh pd:
 Posisi suatu benda
 gerak benda
Besaran yg diukur:
• Tekanan
•Suhu
•Densitas
•fase benda
•reaksi kimia

18. Dalam kenyataan ada kerja yg dimanfaatkan
manusia, sedang perubahan tekanan dan volume (PV)
juga termasuk kerja yg dikenai/dilepaskan/berasal dr
sistem tetapi digunakan secara langsung oleh
manusia
Oleh karena itu, PV juga didefinisikan sebagai
energi yg dimiliki suatu sistem. Gabungan U dan
PV didefinisikan sebagai ENTALPHI (H)
H = ΔU + PV

19. SOAL:
1. Suatu bejana berisi air 20 m3 suhunya turun dari 30ºC
menjadi 20ºC. Berapa Energi dalam air jika diketahui
Cair=75 J/molºC?
2. Satu mol Oksigen dg volume awal 25 m3 dipanaskan
pada tekanan 1 atm sehingga suhu naik dari 100ºC
sampai 500ºC. Hitung perubahan Entalphi gas?
(jika 7 kal/molºC )

20. Penyelesaian:
1.
Diket: m = 20 m3 x ρair
= 20 m3 x 1000 kg/m3 = 20.000kg = 2x107gr
Cair= 75 J/molºC
ΔT = T1-T2 = (30-20)ºC = 10ºC
ditanya: ΔU…?
jawab : ΔU = n.C. ΔT
ΔU = 2x107gr x 75 J/molºC x 10ºC
18 gr/mol
= 83,33 107 Joule

21. 2. Diket: n = 1 mol
P = 11 atm = 1 x 105Pa
T1 = 100+273ºK = 373ºK
Δ T = T2-T1
T2 = 500+273ºK = 773ºK
= 773-373ºK
= 400ºK
Cp O2= 7 kal/molºC
V1= 25 m3  V2…?
ditanya: ΔH…?
jawab: ΔU = n.C. ΔT
= 1mol x 7 kal/molºC x 400ºC
= 2800 Kal= 11704 J
V1/ V2 = T1/T2
V2 = V1.T2/T1
= 25 m3 x 773ºK
373ºK
= 51,8 m3
H = ΔU + P. Δ V
= 11704 J + 1 x 105Pa (51,8-25) m3
= 11.704 J + 2.680.000J
= 2.691.704 J = 2691 kJ

22. Hk. Termodinamika I
Menyatakan bahwa:
“ Meskipun energi memiliki berbagai bentuk, jumlah
total energi adalah konstan, dan ketika energi
menghilang dari satu bentuk sebenarnya energi itu
akan menjadi bentuk yg lain secara bersamaan”
Hk. Termodinamika I disebut juga Hk. Kekekalan
Energi / Hk. Konversi Energi
Bentuk-bentuk Energi sangat banyak, tetapi yg dibahas
adalah yg berhubungan dengan Bidang Teknik Kimia.
Secara Umum energi terdapat dalam suatu massa, misal
Energi Dalam (U), Entalphi (H), dapat juga Energi yg
sedang berpindah  Energi Dalam Transit (kerja W
dan panas Q)

23. ΔE sistem + ΔE lingkungan =
0
ΔE sistem = ΔU, ΔEk, ΔEp
ΔE lingkungan = Q, W
Maka didapatkan persamaan:
ΔU+ΔEk+ΔEp = Q+W
Untuk Persamaan satuan massa:
Sistem tertutup tanpa aliran:
ΔU = n. C. ΔT
V=0  ΔEk = 0
ΔEk = ½ m. Δ v2
Tanpa bidang elevasi:
ΔEp = m. g. Δ h
h=0  ΔEp = 0
Nilai Q atau W= + /- atau 0

24. Berdasarkan Interaksi antara sistem dan lingkungan, maka
sistem dikelompokan sebagai berikut :
1.Sistem Terbuka
2.Sistem Tertutup
3.Sistem Terisolir/Tersekat
ΔU=Energi
yg berkaitan dg keadaan mikroskopis benda,
seperti atom, molekul, dan ikatan atom
Yang diperlukan dalam perhitungan adalah Δ U dan
dapat ditunjukan dg ΔT atu perubahan fase
Nilai mutlak Energi Dalam tidak dapat ditentukan,
biasanya diambil ketetapan nilai
T=0,01ºC
ΔU=0 kJ/kg
W&Q yg ditransfer mempengaruhi Δ U

25. 



Sistem: sesuatu yg menjadi pusat perhitungan dan
acuan dalam menganalisis suatu keadaan atau keperluan
kalkulasi data.
Lingkungan/Surrounding : lingkungan diluar sistem
yg mempengaruhi dan berinteraksi dg sistem.
Batas antara sistem dan lingkungan dapat nyata (berupa
dinding isolasi) dan dapat juga imaginer.
ΔE sistem : Energi yg ditransfer dai atau ke lingkungan

ΔE lingkungan : Energi yg dimiliki suatu benda baik
karena keadaan mikroskopik maupun
makroskopik
(+)  masuk/ditransfer ke sistem

Q/W
(-)  keluar/ ditransfer dari sistem
(0)  tidak ada transfer dari/ke sistem

26. Keseimbangan energi untuk Sistem Tertutup



Jika batas suatu sistem tidak dapat mentransfer
bahan antara sistem dan lingkungannya, massanya
tetap sistem ini dikatakan sebagai Sistem Tertutup
Sistem tertutup dinyatakan sebagai kerja yg
diakibatkan oleh beda tekanan/perubahan volume
Selama tidak ada aliran masuk dan keluar pada
sistem tertutup, tidak ada Energi Dalam yg transfer
dari sistem, semua energi antara sistem tertutup dan
lingkungan dibentuk menjadi panas dan kerja

27. Jadi untuk energi lingkungan didapatkan rumus:
ΔE lingkungan = ±Q ±W
Pada sistem tertutup Q (-) & W (-)
ΔE lingkungan = ‫־‬Q ‫־‬W
ΔE sistem = Q+W
Tetapi yang lebih penting pada sebuah Industri
adalah proses yang mengalirkan bahan pada
batasan
sistem yang keluar dan masuk suatu
peralatan proses,
ini disebut 
Sistem Terbuka

28. Termodinamika mengalami perkembangan dengan
memudahkan dalam mengenalkan karakteristik
khusus proses sistem tertutup yg disebut Proses
Reversibel
“Suatu proses dikatakan reversibel ketika proses
tersebut menunjukan dapat berbalik pada
beberapa titik dengan sedikit saja perubahan
kondisi luar
sistem “


Proses Reversibel dapat dilihat pada proses ekspansi
gas di dalam piston atau silinder bersusun.
Gas yg terjebak didalam piston dapat memilih sistem
dan lingkungan yang mengikutinya.

29. Ekspansi Gas pada Piston
•
•
•
•
•
Diperoleh Proses Ekspansi ketika
massa pada piston berkurang.
Dalam piston ini, batasan tekanan
pada gas hanya cukup untuk
menyeimbangkan massa saja
Pada kondisi kesetimbangan ini
gas di piston cenderung tidak
berubah
Jika posisi piston mencapai elevasi
maksimum, energi dalam bertambah
mendekati sama dg kerja W
jika tidak ada perubahan kondisi luar
dapat berbalik,, disebut Irreversibel

30. Proses Volume Konstan
(Isokhorik/Isometrik)
Salah satu kesetimbangan termodinamik, dimana
terjadi ketika suatu sistem mempunyai volume yg
konstan disetiap titik pada sistem tersebut.
• ΔU=Q+W
• kerja mekanik reversibel  W = -P (V2-V1)
W = P. ΔV
•
Proses Isokhorik
Isokhorik  V1= V2 Sehingga ΔV= 0  W=0

31. Jadi untuk Proses Isokhorik  ΔU = Q
Q = ΔU = n. Cv. ΔT
Kesimpulan:
Untuk proses mekanik reversibel, sistem tertutup
dengan Volume konstan:
- Transfer Energi Panas Q=Perubahan Energi Dalam
- Kerja mekanik Reversibel  V=0  W=0

32. Proses Tekanan Konstan
(Isobarik)
Kesetimbangan termodinamik yg terjadi ketika sistem
mempunyai tekanan yg konstan disetiap titik sistem.
dU = dQ – P. dV
dQ = dU+ P. dV
Q= Δ(U+P.V)
= Δ H = n. Cp. ΔT
H = U+PV

33. Pada proses kerja mekanik reversibel dg tekanan(P)
konstan (isobarik), energi yg ditransfer (Q) sama dg
perubahan entalphi (ΔH)
 H = U+ PVbentuk besaran energi Termodinamika

ΔH = n. Cp. ΔT  Cp=spesifik panas pd P tetap
 ΔU = n. Cv. ΔT Cv= spesifik panas pd V tetap
 Q = ΔU  bila proses V tetapW=0 (Isokhorik)
 Q = ΔH  bila proses P tetap (Isobarik)
 ΔU= Q+W  W= ΔU–Q


34. Proses Temperatur Konstan
(Isotermal)
Suatu proses perubahan keadaan sistem yang terjadi
pada temperatur konstan
Sehingga didapatkan rumus:
T1=T2  ΔT=0
ΔU=0  ΔH=0

35. Contoh Soal:
1. Persamaan keadaan untuk suatu gas nyata diberikan
sebagai: P (V–n b) = n. R. T
Turunkan persamaan untuk kerja yang dilakukan, jika
gas ini dimampatkan secara isoterm dan reversibel dari
volume Va ke volume Vb

36. •
•
•
dW= –P. dV  W= –
P(V–n b) = n. R. T  P = n. R.T
V–nb
W=–
dV = –n. R. Ta
•
–n. R. Ta ln
•
Vb > Va jadi ln
•
Sehingga W > 0
<0

37. 2. n mol gas ideal mengalami perubahan secara
reversibel dari keadaan A ke keadaan B dg 4 cara
yg dinyatakan dg 1,2,3,4. untuk proses 4 berlaku
TV= tetap. Tentukan kerja yg dilakukan oleh gas,
dinyatakan dalam Pa, Pb, Va, Vb dalam keempat
proses tersebut?

38. •
•
Sistem= n mol gas ideal
Keadaan = keadaan awal A = Pa, Va, Ta
= keadaan akhir B = Pb, Vb, Tb
Proses: Ekspansi Reversibel dari VaVb
Melalui 4 proses yang berbeda  1, 2, 3,
4
Ditanyakan: W1, W2, W3 dan W4…?
Gas Ideal  P. V= n. R. T
Reversibel  dW= –P. dV
|W| = luas dibawah kurva pada
diagram PV
Proses 4 = TV  tetap

39. |W1| = luas dibawah garis 1
= luas I+luas II
= ½ (Vb –Va) (Pa–Pb)+ Pb(Vb –Va)
= ½ (Pa+Pb) (Vb –Va)
|W2| = luas dibawah garis 2
= Pa (Vb –Va)
|W3| = luas didaerah garis 3
= luas I+luas II
= (Pa–Pb) (½ Va+ ½ Vb –Va)
+Pb (Vb –Va)
= ½ (Pa+Pb) (Vb –Va) +Pb (Vb–Va)
= (Pa+Pb) (Vb –Va)

40. •
|W4| = –
=
dV = n. R. α (1/Va –1/Vb)
=
W4 = Pb. Vb – Pa. Va
TV = α = tetap  T = α / V
PV = nRT  P =
α = Pa =
 α=
Pb =
 α=

41. Soal:
1.
Sejumlah gas ideal berada pada sebuah silinder dg
penghisap. Friksi diabaikan, Cp=5/2R & Cv=3/2R.
Gas ini menjalani perubahan reversibel, sebagai
berikut:
-Ekspansi secara isobar dari keadaan awal
(P=1atm;V=0,5L) sehingga volume menjadi 4x
lebih besar
-Pemampatan secara Isoterm pada 300ºK sampai
tercapai volume yg sedemikian rupa besarnya
-Gas dapat dikembalikan pada kedaan awalnya
melalui suatu proses secara Isokhorik

42. Tentukan :
a. Gambarkan proses tersebut pada diagram PV?
b. Hitunglah tekanan gas pada akhir proses 2?
c. Hitunglah kerja yg dilakukan oleh gas pada proses3
d. Hitunglah kalor yg dipertukarkan antara sistem &
lingkungan pada proses 3?

43. 2. Hitung ΔU dan ΔH (dalam kJ) jika 1 kg helium
dipanaskan dari 0ºC hingga 100ºC dalam suatu
tempat tertutup dg volume 1m3, lakukan perhitungan
yg sama untuk 1kg neon? Jika kedua gas tersebut
dapat dianggap ideal.

44. Sifat Volumetrik fluida murni
Materi termodinamika, seperti energi dalam dan
enthalpi, dari perhitungan panas dan kerja peralatan
proses industri, sering dinilai dari data volumetrik.
Selain itu, hubungan tekanan/volume/temperatur (PVT)
penting untuk tujuan mengukur fluida dan vesel/pipa.
Sifat PVT Zat Murni
Ukuran tekanan gas dari zat murni, antara sebuah padat
dan cair, ditunjukan dalam sebuah grafik tekanan vs
temperatur yang disebut dengan Diagram PT
Data PVT1. Grafik: grafik PV, PT, TH, TS HS
2. Tabel: Steam tabel
3. Persamaan PVT: Equation Of State/EOS

45. Diagram PT

46. •



Diagram PT terbagi menjadi 5 daerah:
S = Solid Region  fase padat
L = Liquid Region  fase cair
V = Vapor Region  fase uap
G = Gas Region  fase gas
F = Fluida Region  fase fluida
Suatu zat bila dalam keadaan PT dikurva fusi/peleburan
(2-3) zat itu dinyatakan dalam kesetimbangan antara
fase cair dan fase padat. Artinya siap perubahan fase
cair menjadi fase padat/ sebaliknya.
Demikian pula untuk grafik 1-2, 2-c
Ketiga grafik bertemu di titik 2, titik ini disebut dengan
Titik Triple Point

47. Titik Triple Point adalah titik dimana suatu zat dalam
kesetimbangan 3 fase (ada 3 fase yg siap berubah dari
fase satu ke fase yg lain) bila diubah PT zat tersebut.
• Titik C disebut Critical Point (Titik Kritis)
• Pada setiap zat memiliki titik kritis
• T, P, V dititik kritis  Temperatue kritis = Tc
 Tekanan kritis = Pc
 Volume kritis = Vc
• Daerah yg berada diatas titik kritis (>Tc ; >Pc)
disebut Daerah Fluida
• Zat
dapat dianggap Liquid/Gas(sifatnya
sama)tergantung cara pandangnya
•

48. Suatu zat dianggap cairan (liquid), bila tekanan P
diturunkan pada temperatur T tetap  maka zat
tersebut akan menguap menjadi gas

49. Zat disebut uap, apabila zat itu dicairkan dg cara:
1.Temperatur T diturunkan pada Tekanan P tetap
2.Tekanan P dinaikkan pada Temperatur T tetap

50. Jika zat dianggap Gas, bila temperatur T diturunkan
pada Tekanan P tetap  maka zat itu akan berubah
menjadi cair (liquid)

51. Diagram PV
Daerah:
1. Fase padat
2. Fase padat-cair
(kesetimbangan)
3. Fase cair
4. Fase cair-uap
(kesetimbangan)
5. Fase gas-uap
6. Fase gas
7. Fase fluida
8. Fase padat-uap
C titik kritis