Arsip

Posts Tagged ‘perubahan fasa’

Permukaan P-v-T Perubahan Fasa Air

Apabila kita gambarkan hubungan P-v-T kedalam suatu gambar tiga dimensi, maka akan diperoleh diagram permukaan P-v-T sebagaimana yang terlihat pada gambar berikut.

titik a-b-c-d-e merupakan titik-titik  yang  memiliki suhu yang sama. Bila titik ini dihubungkan, maka akan diperoleh garis proses suhu konstan (isothermal).

Pada titik b, dengan tekanan  yang tinggi pada zat, pada suhu tersebut zat berada dalam fasa cair. Tekanan kemudian dikurangi secara bertahap hingga akhirnya turun ke titik c. Di titik ini, pada suhu tersebut zat mulai menguap hingga akhirnya tetes terakhir dari cairan zat telah berubah semua menjadi uap dititik d. Dari titik d ke titik e dengan mengurangi nilai tekanan zat akan menyebabkan terjadinya peningkatan nilai spesific volume.

Penjelasan yang kita paparkan diparagraf di atas, sebenarnya telah kita paprkan pada sub bab yang lalu mengenai diagram P-v. Namun kali ini kita melihat diagram tersebut merupakan bagian  kecil dari permukaan P-v-T.

P-v-T surface untuk zat yang memuai saat beku

 

Pada permukaan P-v-T, terlihat ada beberapa bidang permukaan. Bidang solid merupakan bidang dimana zat seluruhnya berada dalam keadaan beku. Terlihat bahwa pada bidang ini, walaupun tekanan berbeda, spesific volume zat tetap sama.  Pada suhu tertentu, akan tercapai dimana keadaan beku akan berubah menjadi cair. Proses perubahan dari beku menjadi cair hingga seluruh bagian beku akan jadi cairan ini terjadi secara isothermal pada bidang Solid and Liquid pada gambar diatas.

Pada gambar tersebut terlihat, bahwa ketika zat berubah dari beku (padat) menjadi cair, terjadi penurunan nilai spesific volume nya.

Untuk zat yang memiliki sifat berbeda pada saat beku dapat dilihat pada gambar berikut. Pada gambar ini bidang Solid and Liquid yang terletak disebelah kanan bidang Solid terlihat dengan jelas. Ini karena bidang solid and liquid memiliki nilai specific volume v yang lebih besar dari pada bidang solid. Ini berarti bahwa zat tersebut pada keadaan padatnya memiliki spesific volume yang lebih rendah dari pada keadaan cairnya (mengalami penyusutan saat beku).

 

P-v-T surface untuk zat yang menyusut saat beku

 

Titik i-j-k-l-m-n merupakan titik-titik yang memiliki tekanan yang sama. Bila dihubungkan satu sama lainnya, maka akan terlihat proses perubahan fasa yang terjadi pada tekanan konstan (isobarik).

Pada tekanan tersebut, dititik i yang bersuhu sangat tinggi, zat akan berada pada fasa uap ( superheated vapor). Dengan menurunkan suhu hingga ke titik j superheated vapor akan berubah menjadi saturated vapor.  Perubahan dari bentuk uap menjadi cair di titik j hingga ke titik k terjadi pada suhu konstan dan tekanan konstan dengan melepaskan sejumlah energi. Spesific volume zat semakin berkurang. Pada titik k seluruh zat sudah berbentuk cair.

Bila suhu diturunkan kembali hingga ketitik l, maka cairan berada pada keadaan siap membeku. Proses pembekuan terjadi pada ruas l-m pada suhu tetap dan tekanan tetap dengan melepaskan sejumlah energi. Perubahan ini juga diikuti dengan penurunan nilai spesific volume (terjadi penyusutan). Pada titik m, seluruh zat sudah berbentuk beku. Penurunan suhu hingga ketitik n hanya akan mengurangi nilai spesific volume.

 

 

Diagram T-v Pada Proses Perubahan Fasa Air

Tinjau kembali sistem piston silinder yang kita contohkan pada bahasan sebelum ini. Jika tekanan air pada sistem tersebut kita naikkan, maka proses perubahan air dari keadaan compressed liquid (cair terkompresi) menjadi superheated vapor (uap terpanaskan)  akan mirip dengan proses yang terjadi pada tekanan 1 atm, dimana alur prosesnya mirip dengan proses tersebut, namun dia akan memiliki perbedaan pada panjang ruas pada ruas campuran saturated liquid – vapornya.

Semakin tinggi tekanan kita berikan, maka semakin pendek ruas campuran saturated liquid – vapor nya, sebaliknya, semakin rendah tekanan kita berikan, maka semakin panjang campuran saturated liquid – vapor nya sebagaimana gambar berikut:

Diagram T-v pada proses perubahan fasa air. Terlihat, pada tekanan dibawah 1 atm, ruas mixture lebih panjang, sementara pada tekanan diatasnya, ruas tersebut semakin pendek dan akhirnya berbentuk satu titik saja yang disebut ctitical point

Bila tekanan sistem tersebut kita naikkan lagi , maka ruas campuran akan terus memendek hingga akhirnya pada tekanan tertentu, ruas campuran ini hanya akan berbentuk titik saja. Titik ini disebut dengan titik kritis ( critical point).  Definisi yang tepat untuk menggambarkan titik kritis ini adalah suatu titik dimana keadaan dari saturated liquid dan saturated vapor adalah sama .

Pada titik kritis, properti dari suatu zat disebut dengan properti kritis, yakni suhu kritis [critical temperature (Tcr)], tekanan kritis [critical pressure (Pcr)] dan volume jenis kritis [critical specific volume (vcr)].

Sebagai contoh adalah

Air               Pcr = 22.09 MPa

Tcr  = 374.148°C = 647.298 K

vcr = 0.003155 m3/kg

Udara          Pcr = 3.77 MPa

Tcr  = 132.5°C = 405.65 K

vcr = 0.0883 m3/kg

Bila tekanan yang diberikan diatas tekanan kritis, maka pada satu titik tertentu akan terjadi proses perubahan mutlak dari fasa cair menjadi fasa uap.

Dari gambar di atas, bila semua titik saturated liquid di hubungkan, maka kita akan dapatkan garis saturated liquid. Demikian pula halnya bila semua titik saturated vapor kita hubungkan, akan diperoleh garis saturated vapor. Kedua garis ini akan bertemu dititik kritis (critical point) sebagaimana gambar berikut:

Diagram T-v beserta garis saturasi