Sifat termodinamika: Saturasi

Oleh: Tri Ayodha Ajiwiguna

Keadaan saturasi dapat dikatakan keadaan mendidih, di mana temperatur suatu fluida akan tetap (tidak naik) jika dipanaskan. Pada saat air mendidih di tekanan 1 atm, walaupun kita panaskan maka air akan tetap pada temperatur sekitar 100 ^oC. Hal ini dikarenakan kalor yang diberikan pada air digunakan untuk mengubah fasanya dari fasa cair ke gas (uap).

Gambar 1 menunjukkan potongan tabel sifat zat air berdasarkan tekanannya. Pada tekanan 100 kPa, air (liquid) mendidih di temperatur 99.6 ^oC. Dengan fakta ini, dapat dikatakan bahwa pada tekanan 100 kPa maka temperatur saturasinya adalah 99.6 ^oC. Dalam tinjauan tekanan, maka dapat dikatakan bahwa air akan mendidih di 99.6 ^oC jika tekanannya di 100 kPa. Pada temperatur 99.6 ^oC air tidak akan medidih jika tekanannya lebih besar dari 100 kPa dimana keadaan ini merupakan compressed liquid.

Gambar 1. Temperatarur saturasi air pada tekanan 100 kPa

Keadan saturasi (jenuh) dimulai dari saturasi cair kemudian campuran dan berakhir di saturasi gas. Pada tekanan 100 kPa air dalam fasa cair akan mulai mendidih pada 99.6 ^oC. Keadaan ini disebut dengan saturasi cair. Jika terus diberi kalor (dipanaskan), maka temperatur air diasumsikan tidak naik namun mulai ada sebagian air yang berubah fasa cari cair ke gas (menguap) sehingga ada dua fasa yaitu sebagian cair dan sebagian gas. Pada kondisi ini dinamakan campuran. Jika tetap diberikan kalor maka lama kelamaan fasa cairnya habis dan yang tersisa hanya fasa gas. Tepat pada keadaan ini (fasa gas, temperatur 99.6 ^oC) dinamakan saturasi gas. Jika air pada keadaan ini tetap dipanaskan maka mulai naik temperatur yang kemudian dinamakan keadaan superheated.

Dalam tabel saturasi air tekanan dan saturasi air simbol f dan g yang masing-masing menunjukkan sifat zat pada keadaan saturasi cair dan saturasi gas. Contoh: air dalam keadaan saturasi cair bertemperatur 100 ^oC memiliki volume spesifik vf=0.001044 m³/kg. Jika diuapkan sehingga menjadi saturasi gas maka volume spesifiknya vg menjadi 1.672 m³/kg (gambar 2). Begitu pula untuk variabel lain seperti entalpi, energi dalam, dan entropi. Dalam tabel ada juga subscript fg (contoh: h_fg), ini menunjukkan selisih antara nilai g dan nilai f atau dapat ditulis h_fg = h_g -h_f.

Gambar 2.

Di atas telah dibahas cara mencari variabel termodinamika untuk keadaan saturasi gas dan saturasi cair. Bagaimana mencari variabel untuk keadaan saturasi campuran?

Untuk kasus ini maka diperlukan nilai kualitas x, yaitu perbandingan massa uap (gas) dengan massa totalnya. Misalkan x=0.2, ini berarti 20% dari massa totalnya adalah dalam fasa gas. Sisanya yang 80% adalah fasa cair. Variabel termodinamika pada keadaan campuran merupakan rata-rata dari kedua variabelnya. Untuk lebih jelasnya dibawah ini adalah contoh mencari volume spesifik untuk zat berfasa campuran.

Misalkan ada sebuah zat berfasa satuasi campuran dengan kualitas x, maka volume spesifik keadaan ini dapat diturunkan dengan carar menghitung nilai rat-ratnya, yaitu:

Dengan persamaan ini maka volume spesifik dalam keadaan campuran dapat dihitung jika kualitas x diketahui. Hal ini juga dapat digunakan untuk variable lainnya sehingga:

Contoh:

Berapakah entalpi yang dimiliki oleh air pada keadaan saturasi campuran di temperatur 150 ^oC dengan kualitas sebesar 0.9?

Jawab: