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 𝑡𝑎𝑕𝑢𝑛

= 18,25 𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟

𝑡𝑎𝑕𝑢𝑛

2. Harga listrik 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑖𝑡𝑦

= 0,10 𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟

𝑘𝑊 𝑗𝑎𝑚 𝑥

𝑘𝑊

1000 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑥

10 𝑗𝑎𝑚

𝑕𝑎𝑟𝑖 𝑥

365 𝑕𝑎𝑟𝑖

𝑡𝑎𝑕𝑢𝑛 𝑥 70 𝑤𝑎𝑡𝑡

=25550 𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟

1000 𝑡𝑎𝑕𝑢𝑛

= 25,55𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟

𝑡𝑎𝑕𝑢𝑛

Maka harga total cahaya per tahun = harga lampu (bulb) + harga listrik (electricity)

= 18,25 + 25,55 𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟

𝑡𝑎𝑕𝑢𝑛

= 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