Pengantar Termodinamika Teknik Kimia

Bagi sebagian mahasiswa teknik kimia, ketika mendengar kata termodinamika bayangan mereka langsung tertuju kepada sesuatu yang suram. Termodinamika memang berisi persamaan-persamaan matematik yang mana bagi sebagian orang, hal tersebut tampak rumit dan tidak berarti. Nah misalkan memang benar ilmu termodinamika itu tidak berarti, kenapa ilmu tersebut masih bertahan hingga sekarang, bahkan masih ada saja orang yang menekuni bidang itu. Untuk menjawab pertanyaan tersebut, mari kita tengok sejarah sekitar dua ribu tahun yang lalu.

Sebelum kita kembali menilik sejarah dua ribu tahun yang lalu, ada satu pertanyaan mendasar yang perlu kita jawab terlebih dahulu. Saat ini kita hidup di zaman penuh teknologi. Diantara semua teknologi ini, kira-kira penemuan apa yang paling berpengaruh di dunia ini?

Bila kita membaca empat buku ini,

termodinamika1

kita akan mendapati bahwa mesin uap merupakan penemuan yang paling berpengaruh di muka bumi ini. Mesin uap adalah alat yang dapat mengkonversi energy panas menjadi energy gerak. Mesin uap ditemukan pertama kali oleh Heron sekitar dua ribu tahun yang lalu. Seiring berkembangkan zaman, mesin uap dikembangkan. Pada tahun 1650 mesin uap dikembangkan oleh Thomas Savery, digunakan untuk memompa air dari dalam tambang. Pada saat itu mesin uap sangatlah boros dan belum bertenaga (powerful). Perkembangan mesin uap dilanjutkan oleh James Watt (1736), seorang ilmuan dari Skotlandia yang dapat meracang mesin uap yang powerful dan efisiensi tinggi. Pada tahun 1796, seorang ilmuan muda berkebangsaan Prancis bernama Sadi Carnot (baca: saadi karno) memiliki inovasi baru dalam hal mesin uap. Sebelum-sebelumnya mesin uap menggunakan uap air sebagai fluda kerja. Sadi Carno menggunakan fluida lain sebagai fluida kerja. Fluida yang dimaksud adalah hidrokarbon mudah terbakar (bensin). Sayang sekali, umur Sadi Carnot tidak panjang. Carnot wafat pada umur yang masih muda, yaitu 36 tahun disebabkan terjangkit wabah kolera. Sadi Carnot dinobatkan sebagai bapak termodinamika. Salah satu bahasan ilmu termodinamika menjelaskan prilaku mesin uap. Dalam termodinamika nanti kita akan bertemu dengan pembahasan mengenai siklus Carnot.

Topik bahasan dalam termodinamika tidak terbatas pada prilaku mesin uap saja, namun membahas segala sesuatu yang berkaitan dengan panas. Salah satu prilaku suatu substance yang penting untuk diketahui adalah perubahan fase. Perubahan fase terjadi karena ada pengaruh panas. Air yang semula berbentuk cair dapat berubah fase menjadi uap ketika panas terus ditambahkan ke dalam air tersebut. Namun air juga bias berubah fase menjadi padat ketika pas diambil dari air (air didinginkan). Dalam praktiknya di Industri, perubahan fase perlu mendapatkan perhatian lebih. Gambar dibawah ini menceritakan manfaat perubahan fase dalam industri.

termodinamika2

Gambar di atas menceritakan bahwa gas alam dikirim ke konsumen dalam bentuk cair (Liquified Natural Gas/LNG). Gas alam didapat dari perut bumi dalam fase gas. Setelah dibersihkan, gas tersebut dicairkan terlebih dahulu sebelum dikirimke konsumen. Pengiriman gas alam dalam fase cair memiliki beberapa keuntungan, antara lain: mudah dalam pengendalian dan tidak banyak makan tempat.

Memahami sifat perubahan fase suatu substance memang dapat memberikan manfaat yang besar bagi industri. Namun sebaliknya, kegagalan dalam memahami perubahan fase dapat berakibat fatal bagi industri. Gambar di bawah ini mengilustrasikan suatu pipa yang semestinya berfungsi menyalurkan gas tidak dapat berfungsi sebagaimana mestinya karena gas di dalam pipa tersebut berubah menjadi padatan dan menyumbat aliran.

termodinamika3

Dalam termodinamika, kondisi operasi berupa suhu (T) dan tekanan (P) biasanya digunakan untuk mengetahui kondisi. Tapi sebenarnya bukan hanya termodinamika yang menggunakan T dan P untuk meramal kondisi, di bidang kedokteran seorang dokter juga perlu mengetahui T dan P (tekanan darah) untuk mengetahui kondisi seseorang.

termodinamika4

Selain perubahan fase, sifat volumetrik (volumetric properties) seperti densitas, viskositas, molar volume, dll juga merupakan sifat substances yang penting untuk diketahui. Diantara manfaat sifat volumetrik tersebut adalah untuk kepentingan perancangan alat. Sifat volumetric dapat diketahui melalui dua cara yaitu:

  1. Mengambil data langsung melalui eksperimen, atau
  2. Meramalkan sifat dengan model matematik

Opsi nomer 1 memiliki banyak sekali kelemahan yaitu:

  1. Alat ukur mahal
  2. Memakan waktu yang cukup lama
  3. Jumlah yang harus diukur banyak, terutama jika bekerja pada campuran
  4. Dalam kondisi tertentu pengukuran menjadi sangat berbahaya (tekanan dan temperatur tinggi)

Karena alasan di atas, model matematik lebih sering digunakan dibanding pengukurang langsung. Meski pilihan 1 (pengukuran) memberikan hasil yang jauh lebih akurat dibandingkan pilihan 2 (model matematik), orang tetap lebih memilih model matematik karena alasan keselamatan. Nah oleh karena sebab itulah ilmu termodinamika terus ada dan berkembang. Yah anyway, orang-orang (termasuk saya) lebih memilih sedikit ribet di atas kertas bersama model matematik yang rumit dibandingkan mengorbankan keselamatan.

Muflih Arisa Adnan

KFUPM

Dhahran, East Province

Kingdom of Saudi arabia

27 Agustus 2015  11.32 (UT +3)

2 thoughts on “Pengantar Termodinamika Teknik Kimia

Leave a Comment