Persamaan Umum Keadaan Gas Ideal

Persamaan umum keadaan gas ideal adalah persamaan umum untuk fasa gas yang paling sederhana dan terkenal. Persamaan ini digunakan untuk memprediksi reaksi tekanan, temperature dan volume spesifik (P, v, T) dari sebuah fase gas pada suatu sistem. Gas dan uap adalah dua kata yang sering dianggap sama. Fasa uap dari suatu zat sering dinamakan gas ketika temperaturnya berada di atas temperatur kritis. Adapun uap biasa disebut sebagai gas untuk pendekatan pada peristiwa kondensasi.

Pada tahun 1962 Robert Boyle, seorang berkebangsaan Inggris, melakukan pengamatan terhadap penelitiannya menggunakan vacuum chamber (ruang bakar vakum) dimana tekanan gas berbanding terbalik dengan volumeenya.  Pada tahun 1802, J. Charles dan J. Gay Lussac, seorang berkebangsaan Prancis, menyatakan bahwa pada tekanan rendah volumee gas sebanding dengan temperatur. Dengan kata lain,

P = R (T/v)

Pv = RT   (1)

dimana R adalah konstanta gas. Persamaaan 1 di atas disebut sebagai persamaan umum kondisi gas ideal, atau hubungan sederhana gas ideal, dan gas yang memenuhi hubungan ini disebut gas ideal. Pada persamaan ini, P adalah tekanan absolut, T adalah temperatur absolut, dan v adalah volume spesifik.

Konstanta gas untuk masing-masing gas berbeda dan ditentukan dari,

R = R_u / M [ kJ/(kg.K) atau kPa.m³/(kg.K) ]     (2)

Dimana R_u adalah konstanta gas universal yang nilainya sama untuk semua jenis zat yaitu R_u = 8,314 kJ/(kmol.K), sedangkan M adalah massa molar dari gas. Nilai dari R dan M untuk beberapa zat dapat dilihat pada Tabel A-1 Thermodynamics Yunus A Cengel dan Michael A. Boles. Untuk udara nilai R = 0,287 kJ/(kg.K).

Persamaan umum keadaan gas ideal dapat pula ditulis dalam bentuk :

V = mv       –>        PV = mRT     (3)

Persamaan 3, untuk massa yang konstan, sifat gas ideal pada dua kondisi yang berbeda mempunyai hubungan:

P₁ V₁ / T₁  =P₂ V₂ / T₂

“Apakah uap air termasuk ideal gas?”. Hal ini tidak dapat dijawab hanya dengan kata ya atau tidak. Error (koreksi) pada perlakuan uap air sebagai gas ideal dihitung dan didekati dengan Gambar 1. Dari gambar terlihat jelas bahwa untuk tekanan di bawah 10 kPa, uap air dapat diperlakukan sebagai gas ideal dengan mengabaikan temperatur dan error-nya.

Gambar 1. Persentase Error (Koreksi) ([|v_table – v_ideal|/v_table] x 100) ketika uap air (steam) diasumsikan sama dengan gas ideal dan area dimana uap air dapat dianggap gas ideal dengan persentase error < 1%

Akan tetapi untuk tekanan tinggi, error terhadap asumsi gas ideal menjadi hal yang perlu diperhatikan, terutama pada daerah di sekeliling titik kritis (critical point), yaitu titik puncak grafik dan garis saturated vapor. Untuk itu, pada aplikasi air-conditioning (AC), uap air pada udara dapat diperlakukan sebagai gas ideal karena tekanan pada uap air sangat rendah. Namun, pada aplikasi sistem pembangkit listrik, tekanan biasanya sangat tinggi, sehingga hubungan gas ideal sebaiknya tidak digunakan (Cengel dan Boles, 1994).

Refrensi : Thermodynamics: an Engineering Approach, Yunus A. Çengel, M. A. Boles, Mc Graw Hill