TUGAS 1

TERMODINAMIKA TEKNIK KIMIA

Kelompok 8

\

UNIVERSITAS SUMATERA UTARAFAKULTAS TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIAMEDAN

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 - btOC

+ c

Disini parameter a,b, dan c adalah substansi spesifik konstanta, maka diperlukan untuk

mewakili P oleh persamaan setara

ln Psat / kPa = A - B

tK

+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 - BC+T

Dapat diubah menjadi bentuk suhu eksplisit

T = BA- Log 10 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 - BC + T

Yang dapat diubah menjadi

T = BA- Log 10 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 ba r ¿

d = 4 mm| 1m1000 mm|=4 ×10−3 m

g = 9,807 m/s2

Dit : m (massa) = … ?

Jawab :

A=π4

d2

A=3,144

( 4 . 10−3 m )2

A=12,566 .10−6 m2

F=P . A

F=3000 ×105 kg /ms2 .12,566 . 10−6 m2

F=37680 .10−1 kg . m /s2

m= Fg

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 psia1 atm ||1lbf /¿2

1 psia |=44096 lbf /¿2

d = 0,17 in

g = 32,174ft/sec2

Dit : m (massa) lbm = … ?

Jawab :

A=π4

d2

A=3,144

¿¿

A=0,023¿2

Dimana, F=m . g

F=P . A

F=44096 lbf /¿2 ×0,023¿2

F=1014,208 lbf

F=1014,208 lbf | 1 g . cm. s2

2,2481× 10−6 lbf || 1 kg1000 g|| 1 m

100 cm|=4511 kgm /s2

m= Fg

m=4511 kgm /s2

9,807 m/ s2

m=459,97 kg

m=459,97 kg| 1 lbm0,4535 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 : h=56,38 cm| 1 m100 cm|=56,38 ×10−2m

g=9,832m /s2

Patm = 101,78 kPa|1000Pa1kPa |=101,78×103 Pa =101,78×103 N/ m2

ρ=13,534g

cm3 | 1kg1000 g||106 cm3

1m3 |=13,535× 103 kgm3

Dit : Pabs = …?

Jawab :

P|¿|=ρgh+P atm¿

P|¿|=13,535 ×103 k g

m3× 9,832m / s2× 56,38× 10−2 m+101,78× 103 N/ m2¿

P|¿|=109282,83 Pa| 1 kPa

103 Pa|=109,28kPa¿

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 : h=25,62∈¿

g=9,832 ft / s2|0,3048 m1 ft |=9,827

m

s2

Patm = 2,581bar|105 N

m2

1bar |=2,581×105Pa =2,581× 105 N/ m2

ρ=13,534g

cm3 | 1kg1000 g||106 cm3

1m3 |=13,535× 103 kgm3

Dit : Pabs = …?

Jawab :

P|¿|=ρgh+P atm¿

P|¿|=13,535 ×103 kg

m3×0,65 m× 9,827 m

s2+2,581×105 N/ m2¿

P|¿|=86455 kg

s2 m+258100 kg

s2 m¿

P|¿|=344555 kg

s2 m¿

P|¿|=344555 kg

s2 m| 1 psia

6,8947 ×103 kgs2 m|=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/s2. H

h =

4000N

m2

13600kgm3 9,8

ms2

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/s2

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

=

999,2kg

m3

0,029kg

mol. I .0,082atm .

litermol . k

.283,15 K

= 999,2

673,3307 atm/mol2

= 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 dolar1000 jam

x10 jam

harix

365 haritahun

¿18250 dolar1000 tahun

¿18,25dolartahun

2. Hargalistrik (electricity )

¿ 0,10 dolarkW jam

xkW

1000 wattx

10 jamhari

x365 hari

tahunx70 watt

¿ 25550 dolar1000 tahun

¿25,55dolartahun

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

= (18,25+25,55 ) dolartahun =43,8

dolartahun

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.gDimana A = luas permukaan silinder

A = r2

= 3,14 ( 0,472

m)2

= 1,734. 10-1 m2

Maka,

F = 101,57 kPa . 1,734. 10-1 m2 + 150 kg. 9,813 m/s2

= 101,57 103 N/m2 . 1,734. 10-1 m2 + 150 kg. 9,813 m/s2

= 176,12238 . 102 N + 14,7195. 102 N

= 190,84188. 10 2 N

b. Pabs = FA

= 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/ s2

= 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. lDimana, m = massa benda (kg)

G = percepatan gravitasi (m/s2) l = jarak/tinggi benda (m)

Maka Ep = kg . m/s2 . m Ep = kg . m2 / s2

Ep = kg. m 2 / s 2 = Joule

Ek = 12

m v2

Dimana, m = massa benda (kg)V = kecepatan benda ( m/s)

Maka,, Ek = 12

kg ( ms

)2

Ek = 12

.. 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 = 12

mv 2

= 12

. 1250 kg . (40 m/s)2

= 106 kg m2/s2 = 106 Joule

= 106 J . 1 kJ1000 J

m=1250 kg

Ek = 103 kJ

W = ∆Ek = Ek2 – Ek1

= 0 – 103 kJ

W = – 103 kJ

Kerja yang dibutuhkan adalah sebesar 103 kJ

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

η= 91 %

P = 200 W = 200 Js = kg m2/s3

Kehilangan daya = 8%

Ditanya : kecepatan alir massa (m/t )= ..?

Jawab :

Ep = mgh

Ep yang dihasilkan = mgh. η

= m kg .9,8 m/s2 . 50 m . 0,91

= m 445,9 m2/s2

P = Ept

, karena kehilangan daya 8%, maka

P = Ept

.0 ,92

200 kg m2/s3 = m. 445,9 m2/s2 . 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 DefinitionSecond 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 pengaliSecond Sc 10-6 2,9Minute Mn 10-5 4,84Hour Hr 10-4 0,81Day Dy 10-3 0.34Week Wk 10-2 0,48Month Mo 10-1 1,2year Yr