tugas 1 termodinamika tk (kelompok 8) 7
DESCRIPTION
smith bab ITRANSCRIPT
TUGAS 1
TERMODINAMIKA TEKNIK KIMIA
Kelompok 8
\
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
FAKULTAS TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
MEDAN
2013
Nama NIM
Bagus Anandika S 110405001
Muliani 110405003
Joko Mulya Pratama 110405021
Deviana Christianty S 110405065
Arya Josua S 110405129
1.1. Berapa nilai gc dan apakah system unit untuk detik, kaki, dan pound sesuai dengan sub bab
1.2 dan unit gaya Pound didefinisikan sebagai gaya untuk memberikan 1 lbm terhadap
kecepatan 1 (ft) (s)-2
?
Penyelesaian:
Dalam persamaan Hk II Newton:
F = m . a
Namun dalam system unit inggris:
F = 1
𝑔𝑐 m . a (1)
Missal :
F = 1 lbf
m = 1 lbm
a = 32,1740 (ft)(s)-2
masukan nilai tersebut ke persamaan (1)
1 lbf = 1
𝑔𝑐 1 lbm . 32,1740 (ft)(s)
-2
gc = 32,1740 (lbm)(ft)(lbf)-1
(s)-2
Penjelasan diatas sesuai dengan sub bab 1.2 yang mana dalam materi sub bab 1.2 dapat
kita ketahui bahwa SI untuk :
1 foot = 0,3048 m
1 lbm = 0,4535 kg
1.2. a. Electric power (Tegangan listrik) = watt (w)
b. Electric charge (Muatan Listrik) = Coulomb (C)
c. Electric Potential difference (Beda Potensial Listrik) = Volt (V)
d. Electric resistance (Tahanan Listrik) = Ohm (Ω)
e. Electric capacitance (Kapasitansi Listrik) = Farad (F)
1.3. Tekanan cair atau uap jenuh Psat
sering dipresentasikan sebagai fungsi temperature oleh
persamaan bentuk dari OC
Log10 Psat
/ torr = a - b
tOC
+ c
Disini parameter a,b, dan c adalah substansi spesifik konstanta, maka diperlukan untuk
mewakili P oleh persamaan setara
ln Psat / kPa = A -
𝐵𝑡
𝐾 + 𝑐
Tunjukan bagaimana parameter dalam 2 persamaan terkait
Penyelesaian :
Persamaan pada soal adalah persamaan yang disampaikan oleh Antoine, yaitu pernyataan
matematis tentang hubungan antara tekanan uap dan suhu zat cair. Bentuk dasar dari
persamaan adalah
Log10 PSat
/ torr = A - B
C+T
Dapat diubah menjadi bentuk suhu eksplisit
T = B
A- Log10 PSat / torr - C
Dimana :
P adalah tekanan uap absolute dari suatu zat
T adalah temperature dari suatu substansi biasa dalam OC atau K
A,B, dan C adalah zat spesifik koefisien (yaitu konstanta atau parameter) biasanya log10
atau loge .
Dan suatu bentuk sederhana dari persamaan dengan hanya dua koefisien kadang-kadang
digunakan
Log P = A - B
C + T
Yang dapat diubah menjadi
T = B
A- Log10 PSat / torr - C
Dimana cairan dan uap dari substansinya yang sama memiliki set terpisah seperti halnya
komponen dalam campuran. Persamaan Antoine akurat untuk beberapa persen untuk zat
volati sebagian (dengan tekanan uap lebih dari 10 torr).
1.4. Apakah nilai temperature pada Celcius sama dengan nilai skala Fahrenheit ? apakah sama?
Penyelesaian :
T (OF) = 1,8 t (c) + 32 (1)
T (OC) = (
OF – 32) / 1,8 (2)
Nilai absolute dalam OC dan
OF pada skala numerik mempunyai nilai yang sama yaitu -
40 OF = - 40
OC . Suhu sebesar – 40
OF = - 40
OC . Selain itu, sebuah cara untuk
mengkonversi celcius ke Fahrenheit adalah dengan menambah 40, dikalikan dengan 1,8
dan kemudian dikurangi 40 . sebaliknya untuk mengkonversi dari Fahrenheit ke celcius
kita menambah 40, kemudian dibagi 1,8 dan akhirnya dikurangi 40.
Nah dalam skala ini juga titik beku air adalah 32 OF (
OC) dan titik didih air 212
OF (100
OC). Jadi kesimpulannya – 40
OF = - 40
OC, untuk membuktikannya masukkan ke
persamaan 1 dan 2 diatas.
1.5. Tekanan sampai 3000 bar diukur dengan mengukur berat akhir. Diameter piston
adalah 4 mm. Berapakah massa perkiraan kg bobot yang diperlukan?
Penyelesaian :
Dik : P = 3000 ba𝑟 105𝑁/𝑚2
1 𝑏𝑎𝑟 = 3000 × 105𝑁/𝑚2 = 3000 × 105𝑘𝑔/𝑚𝑠2
d = 4 mm 1𝑚
1000𝑚𝑚 = 4 × 10−3𝑚
g = 9,807 m/s2
Dit : m (massa) = … ?
Jawab :
𝐴 =𝜋
4𝑑2
𝐴 =3,14
4 4 . 10−3𝑚 2
𝐴 = 12,566 . 10−6𝑚2
𝐹 = 𝑃 . 𝐴
𝐹 = 3000 × 105𝑘𝑔/𝑚𝑠2 . 12,566 . 10−6𝑚2
𝐹 = 37680 . 10−1𝑘𝑔. 𝑚/𝑠2
𝑚 =𝐹
𝑔
𝑚 =37698 𝑘𝑔. 𝑚/𝑠2
9,807 𝑚/𝑠2
𝑚 = 384,21 𝑘𝑔
1.6. Tekanan sampai 3000 atm diukur dengan alat pengukur berat akhir. Diameter piston
adalah0,17 (in). Berapakah massa perkiraan dalam (lb,) dari bobot yang diperlukan?
Penyelesaian :
Dik : P = 3000 atm 14,698 𝑝𝑠𝑖𝑎
1 𝑎𝑡𝑚
1𝑙𝑏𝑓 /𝑖𝑛2
1 𝑝𝑠𝑖𝑎 = 44096 𝑙𝑏𝑓/𝑖𝑛2
d = 0,17 in
g = 32,174ft/sec2
Dit : m (massa) lbm = … ?
Jawab :
𝐴 =𝜋
4𝑑2
𝐴 =3,14
4 0,17𝑖𝑛 2
𝐴 = 0,023 𝑖𝑛2
Dimana, 𝐹 = 𝑚 . 𝑔
𝐹 = 𝑃 . 𝐴
𝐹 = 44096 𝑙𝑏𝑓/𝑖𝑛2 × 0,023 𝑖𝑛2
𝐹 = 1014,208𝑙𝑏𝑓
𝐹 = 1014,208𝑙𝑏𝑓 1 𝑔. 𝑐𝑚. 𝑠2
2,2481 × 10−6𝑙𝑏𝑓
1𝑘𝑔
1000𝑔
1𝑚
100𝑐𝑚 = 4511 𝑘𝑔𝑚/𝑠2
𝑚 =𝐹
𝑔
𝑚 =4511 𝑘𝑔𝑚/𝑠2
9,807 𝑚/𝑠2
𝑚 = 459,97𝑘𝑔
𝑚 = 459,97𝑘𝑔 1𝑙𝑏𝑚
0,4535 𝑘𝑔 = 1014,28 𝑙𝑏𝑚
1.7. Pembacaan pada manometer merkuri pada 298.15K(25 °C) (terbuka ke atmosfer disalah satu
ujung) adalah 56,38cm. Percepatan gravitasi local adalah 9,832 m/s2. Udara tekanan adalah
10 kPa 1,78. Berapakah tekanan mutlak dalam kPa diukur? Kepadatan merkuri pada
298.15K (25 °C) adalah13,534 g/ml.
Penyelesaian:
Dik : = 56,38 𝑐𝑚 1𝑚
100𝑐𝑚 = 56,38 × 10−2𝑚
𝑔 = 9,832 𝑚/𝑠2
Patm = 101,78 kPa 1000Pa
1kPa =101,78×103Pa=101,78×103N/m2
𝜌 = 13,534 𝑔
𝑐𝑚 3 1𝑘𝑔
1000𝑔
106𝑐𝑚 3
1𝑚3 = 13,535 × 103 𝑘𝑔𝑚3
Dit : Pabs = …?
Jawab :
𝑃𝑎𝑏𝑠 = 𝜌𝑔 + 𝑃𝑎𝑡𝑚
𝑃𝑎𝑏𝑠 = 13,535 × 103 𝑘𝑔𝑚3 × 9,832 𝑚/𝑠2 × 56,38 × 10−2𝑚 + 101,78×103N/m2
𝑃𝑎𝑏𝑠 = 109282,83𝑃𝑎 1𝑘𝑃𝑎
103𝑃𝑎 = 109,28 𝑘𝑃𝑎
1.8. Cairan yang mendidih pada suhu yang relative rendah sering disimpan sebagai cairan di
bawah mereka tekanan uap, yang pada suhu kamar bisa sangat besar. Dengan demikian, n-
butana yang tersimpan sebagai system cair/uap pada tekanan 2,581 bar untuk suhu 300K.
Berskala penyimpanan (>50 m3) semacam ini kadang-kadang dilakukan dalam tangki bola.
menyarankan dua alasan mengapa?
Penyelesaian:
Dik : = 25,62𝑖𝑛 2,540𝑐𝑚
1𝑖𝑛
1𝑚
100𝑐𝑚 = 0,65𝑚
𝑔 = 9,832 𝑓𝑡/𝑠2 0,3048𝑚
1 𝑓𝑡 = 9,827
𝑚
𝑠2
Patm = 2,581bar 105𝑁
𝑚2
1bar =2,581×105Pa=2,581×105N/m2
𝜌 = 13,534 𝑔
𝑐𝑚 3 1𝑘𝑔
1000𝑔
106𝑐𝑚 3
1𝑚3 = 13,535 × 103 𝑘𝑔𝑚3
Dit : Pabs = …?
Jawab :
𝑃𝑎𝑏𝑠 = 𝜌𝑔 + 𝑃𝑎𝑡𝑚
𝑃𝑎𝑏𝑠 = 13,535 × 103 𝑘𝑔𝑚3 × 0,65𝑚 × 9,827
𝑚
𝑠2+ 2,581×105N/m2
𝑃𝑎𝑏𝑠 = 86455𝑘𝑔
𝑠2𝑚+ 258100
𝑘𝑔
𝑠2𝑚
𝑃𝑎𝑏𝑠 = 344555𝑘𝑔
𝑠2𝑚
𝑃𝑎𝑏𝑠 = 344555𝑘𝑔
𝑠2𝑚
1𝑝𝑠𝑖𝑎
6,8947 × 103 𝑘𝑔𝑠2𝑚
= 49,973 𝑃𝑠𝑖𝑎
1.9. Pengukuran akurat pertama dari sifat tekanan tinggi gas yang dibuat oleh E. H. Amagat di
Prancis antara 1869 dan 1893. Sebelum mengembangkan bobot mati-gauge, ia bekerja di
sebuah poros tambang, dan menggunakan manometer merkuri untuk pengukuran tekanan
untuk lebih dari 400 bar. Perkirakan ketinggian manometer diperlukan.
Penyelesaian :
Dik : P = 400 bar
𝜌 = 13600 kg/m3
g = 9,8 m/s2
Dit : jumlahkan tinggi manometer yang di perlukan
Jawab :
400 bar = 4000 N/m2
P = 𝜌gh
4000 N/m2 = 13600 kg/m3 . 9,8 m/s
2. H
h = 4000 𝑁
𝑚2
13600 𝑘𝑔
𝑚3 9,8𝑚𝑠2
h = 0,03 m
1.10. Sebuah alat untuk mengukur percepatan gravitasi di Mars dibangun sebuah pegas dari yang
ditangguhkan massa 0,40 kg. Pada suatu tempat di bumi di mana lokal dipercepat gravitasi
adalah 9,81 m SP2, musim semi meluas 1,08 cm. Ketika paket instrument yang mendarat
di Mars, maka radio informasi yang musim semi diperpanjang 0,40 cm. Apa adalah
percepatan gravitasi Mars?
Penyelesaian:
Dik : m= 0,40 kg
g = 9,81 m/s2
l = 1,08 cm
Δ l = 0,40 cm
r = 1480000 + 0,0148
= 1480000,0148
mmars = 6,4185 × 1023
Dit : percepatan gravitasi mars?
Jawab :
g = G 𝑚
𝑟2
= 6,67 × 10-11
N.m2 / kg2) (6,4185 × 1023
kg)/(1480000,0148 m)2
= 17,1245 × 1012
/ 2,1904 × 1012
= 7,8179 m/s
2
1.11. Variasi tekanan fluida dengan tinggi digambarkan oleh persamaan diferensial: Di sini, p
adalah densitas spesifik dan g adalah percepatan gravitasi lokal. Untuk gas ideal, p = M PIRT, di
mana M adalah massa molar dan R adalah konstanta gas universal. modeling atmosfer sebagai
kolom isotermal gas ideal pada 283,15 (IO ° C) memperkirakan K, tekanan ambien di Denver, di
mana z = l (mi1e) relatif terhadap permukaan laut. Untuk udara, mengambil M = 29 g molP1,
nilai R diberikan dalam App. A.
Penyelesaian:
Dik : 𝜌 = massa jenis (999,2 kg/m3)
g = percepatan gravitasi local
M= massa molar (29 g/mol)
R = UNIVERSAL GAS KONSTAN (0,082 atm.liter/mol.K)
T = 283,15 K (10oC)
z = l (mile)
Dit : tekanan ??
Jawab :
𝜌 = M PIRT
P = 𝜌
𝑀𝐼𝑅𝑇
= 999,2
𝑘𝑔𝑚3
0,029 𝑘𝑔
𝑚𝑜𝑙 .𝐼.0,082 𝑎𝑡𝑚 .𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑚𝑜𝑙 .𝑘.283,15 𝐾
= 999,2
673,3307 𝑎𝑡𝑚 /𝑚𝑜𝑙 2
= 1,48 mol2/atm . I
1.12 Sebuah keamanan di luar ruangan cahaya sebesar 70 W terbakar, rata-rata 10 jam per
hari. Sebuah lampu baru seharga 5 dolar, dan memiliki daya kehidupan kira –kira 1000
jam. Jika listrik harganya 0,10 per kWh, berapa harga tahunan keamanan per cahaya?
Diketahui : P= 70 Watt setiap 10 jam/hari terbakar
Lampu baru harga = 5 dolar, daya hidup selama 1000 jam
Harga listrik : 0,1 dolar per kWh
Ditanya : jumlah harga total cahaya per tahun
Jawab :
1. harga lampu(𝑏𝑢𝑙𝑏) =5 𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟
1000 𝑗𝑎𝑚𝑥
10 𝑗𝑎𝑚
𝑎𝑟𝑖 𝑥
365 hari
tahun
=18250 𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟
1000 𝑡𝑎𝑢𝑛
= 18,25 𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟
𝑡𝑎𝑢𝑛
2. Harga listrik 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑖𝑡𝑦
= 0,10 𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟
𝑘𝑊 𝑗𝑎𝑚 𝑥
𝑘𝑊
1000 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑥
10 𝑗𝑎𝑚
𝑎𝑟𝑖 𝑥
365 𝑎𝑟𝑖
𝑡𝑎𝑢𝑛 𝑥 70 𝑤𝑎𝑡𝑡
=25550 𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟
1000 𝑡𝑎𝑢𝑛
= 25,55𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟
𝑡𝑎𝑢𝑛
Maka harga total cahaya per tahun = harga lampu (bulb) + harga listrik (electricity)
= 18,25 + 25,55 𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟
𝑡𝑎𝑢𝑛
= 𝟒𝟑, 𝟖 𝒅𝒐𝒍𝒂𝒓
𝒕𝒂𝒉𝒖𝒏
1.13 Suatu gas terbatas dalam silinder 0,47 m-diameter dengan piston, di mana sisanya berat.
massa piston dan berat bersama-sama adalah 150 kg. Percepatan lokal gravitasi adalah
9,813 m.s2 dan tekanan atmosfer adalah 101,57 kPa.
(a) Berapakah gaya dalam Newton bekerja pada gas oleh athmosphere, piston, dan berat,
dengan asumsi tidak ada gesekan antara piston dan silinder?
(b) Berapa tekanan gas dalam kPa?
(c) Jika gas dalam silinder dipanaskan, mengembang, mendorong piston dan berat atas.
jika piston dan berat dibangkitkan 0,83 m, Berapa kerja yang dilakukan oleh gas
dalam kJ? berapa perubahan energi potensial dari piston dan berat?
Diketahui : D = 0,47 m
m = 150 kg
g = 9,813 m/s2
Patm = 101,57 kPa
Ditanya : a. F
b. Pabs
c. W, Ep
Jawab :
a. F = Patm. A + m.g
Dimana A = luas permukaan silinder
A = r2
= 3,14 (0,47
2𝑚)2
= 1,734. 10-1
m2
Maka,
F = 101,57 kPa . 1,734. 10-1
m2 + 150 kg. 9,813 m/s
2
= 101,57 103 N/m
2 . 1,734. 10
-1 m
2 + 150 kg. 9,813 m/s
2
= 176,12238 . 102 N + 14,7195. 10
2 N
= 190,84188. 102 N
b. Pabs = 𝐹
𝐴
= 190,84188 . 102 𝑁
1,734.10−1 𝑚2
= 110,05875 . 103
𝑁
𝑚2
= 110,05875 kPa
c. W = F x l
= 190,84188. 102 N x 0,83 m
= 158,39876. 102 N.m
= 158,39876. 102 J
= 15,839876 kJ
Ep = m x g x l
= 150 kg . 9,813 m/s2 . 0,83 m
= 1221,7185 kg. m2/ s
2
= 1221,7185 J
= 1,2217185 kJ = 1,222 kJ
1.14 Periksa apakah Satuan Internasional (SI) energi potensial dan kinetik adalah Joule !
Penyelesaian:
Ep = m. g. l
Dimana, m = massa benda (kg)
G = percepatan gravitasi (m/s2)
l = jarak/tinggi benda (m)
Maka Ep = kg . m/s2 . m
Ep = kg . m2 / s
2
Ep = kg. m2 / s
2 = Joule
Ek = 1
2𝑚𝑣2
Dimana, m = massa benda (kg)
V = kecepatan benda ( m/s)
Maka,, Ek = 1
2𝑘𝑔 (
𝑚
𝑠)2
Ek = 1
2 . . 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒
1.15 Sebuah mobil memiliki massa 1250 kg bergerak dengan kecepatan 40 m s-'. berapa energi
kinetik nya (dalam kJ) ? Berapa banyak usaha/ kerja yang harus dilakukan agar mobil
berhenti?
Penyelesaian:
v1 = 40 m/s v2 = 0 m/s
Ditanya: Energi Kinetik = …? (dalam kJ), Kerja untuk berhenti = …?
Jawab :
Ek = 1
2mv2
= 1
2. 1250 kg . (40 m/s)2
= 106 kg m
2/s
2 = 10
6 Joule
= 106 J . 1
kJ
1000 J
Ek = 103 kJ
W = Ek = Ek2 – Ek1
= 0 – 103 kJ
W = – 103 kJ
Kerja yang dibutuhkan adalah sebesar 103 kJ
m=1250 kg
1.16. Air jatuh ke Turbin dari ketinggian 50 m pada pembangkit listrik tenaga air. Diasumsikan
efisiensi untuk konversi energi potensial listrik adalah 91%, dan sistem kehilangan 8% dari
daya yang dihasilkan dalam transmisi. Berapa kecepatan aliran massa air yang dibutuhkan
untuk bola lampu dengan daya 200 W?
Penyelesaian :
Diketahui : h = 50 m
= 91 %
P = 200 W = 200 J
s = kg m
2/s
3
Kehilangan daya = 8%
Ditanya : kecepatan alir massa (m/t )= ..?
Jawab :
Ep = mgh
Ep yang dihasilkan = mgh.
= m kg .9,8 m/s2 . 50 m . 0,91
= m 445,9 m2/s
2
P = Ep
t, karena kehilangan daya 8%, maka
P = Ep
t.0,92
200 kg m2/s
3 = m. 445,9 m2/s
2 . 0,92
m = 0,48 Kg/s
1.17 Di bawah ini adalah daftar perkiraan untuk faktor konversi. Tidak ada faktor konversi
tersebut yang tepat, tetapi sebagian besar benar dengan ke akuratan ± 10%. Gunakan Tabel
A.1 (App. A) untuk menetapkan konversi yang tepat.
1 atm 1 bar
l (Btu) 1 kJ
l (hp) 0,75 kW
l (inch) 2,5 cm
l (lbm) 0,5 kg
1 (mile) 1,6 km
l (quart) 1 liter
l (yard) 1 m
Tambahkan item Anda sendiri untuk daftar. Idenya adalah untuk menjaga faktor konversi
yang sederhana dan mudah diingat.
Penyelesaian :
1 atm 1,01 bar
l (Btu) 1,05 kJ
l (hp) 0,745 kW
l (inch) 2,54 cm
l (lbm) 0,45 kg
1 (mile) 1,609 km
l (quart) 0,94 liter
l (yard) 0,91 m
1.18. Pertimbangkan proposal berikut untuk kalender desimal. Unit mendasar adalah decimal
tahun (Yr), sama dengan jumlah konvensional (SI) detik diperlukan untuk bumi untuk
menyelesaikan rangkaian dari matahari. Unit lain yang didefinisikan dalam tabel di bawah
ini. Kembangkan, mana mungkin, faktor untuk mengubah unit kalender desimal ke
kalender konvensional unit. Diskusikan pro dan kontra dari proposal.
Decimal Calender unit Symbol Definition
Second Sc 10-6
Minute Mn 10-5
Hour Hr 10-4
Day Dy 10-3
Week Wk 10-2
Month Mo 10-1
year Yr
Penyelesaian:
1 Tahun = 12 Bulan = 48 minggu = 336 hari = 8064 jam = 483840 menit = 2903040 detik
Decimal Calender unit Symbol Definition Faktor pengali
Second Sc 10-6
2,9
Minute Mn 10-5
4,84
Hour Hr 10-4
0,81
Day Dy 10-3
0.34
Week Wk 10-2
0,48
Month Mo 10-1
1,2
year Yr