Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
Transcript of Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
1/25
1
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ................................................................................................................................................... 1
PENDAHULUAN ........................................................................................................................................... 2
ISI ................................................................................................................................................................. 3
Zeroth Problem ......................................................................................................................................... 3
First Problem ............................................................................................................................................. 5
Second Problem…………………………………………………………………………………………………………………………………..7
Third Problem……………..…………………………………………………………………………………..………………………………….8
Forth Problem… …………………………………………………………………………………………………………………………….....11
Fifth Problem.......................................................................................................................................... 12
Sixth Problem ......................................................................................................................................... 15
Seventh Problem ..................................................................................................................................... 18
Eight Problem .......................................................................................................................................... 22
KESIMPULAN…………………………………………………………………………………………………………………………………………24
DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………………………………………………………………………..……….25
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
2/25
2
PENDAHULUAN
Kalor adalah energi termal yang mengalir dari satu benda ke benda lain karena adanya
perbedaan temperatur. Energi termal yang mengalir dari benda bertemperatur tinggi ke benda bertemperatur rendah. Hukum I Termodinamika merupakan persamaan kekekalan energi
khususnya pada perubahan energi dalam sistem. Hukum I termodinamika merupakan salah satu
dari hukum fisika yang berhubungan dengan kekekalan. Di dalam fisika kita mengenal
bermacam – macam hukum kekekalan seperti hukum kekekalan energi, hukum kekekalan
massa,hukum kekekalan momentum dll.
Seperti yang telah disebutkan di atas, Hukum – hukum Termodinamika membahas
tentang kekekalan energi antara sistem dan lingkungan Hukum I termodinamika menyatakan
bahwa "Jumlah kalor pada suatu sistem adalah sama dengan perubahan energi di dalam sistem
tersebut ditambah dengan usaha yang dilakukan oleh sistem."
Energi dalam sistem adalah jumlah total semua energi molekul yang ada di dalam sistem.
Apabila sistem melakukan usaha atau sistem memperoleh kalor dari lingkungan, maka energi
dalam sistem akan naik. Sebaliknya energi dalam sistem akan berkurang jika sistem melakukan
usaha terhadap lingkungan atau sistem memberi kalor pada lingkungan. Dengan demikian dapat
disimpulkan bahwa perubahan energi dalam pada sistem tertutup merupakan selisih kalor yang
diterima dengan usaha yang dilakukan sistem.
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
3/25
3
Zeroth Problem :
Scientist and engineers, with careful measurements and analysis of non-nuclear processes, have
consistently observed that mass and energy are conserved. Due to its everall applicability and
generality, these observations have been known as the first law of thermodynamics, energy cannot be created nor destroyed, it can only transform from one form to another. Energy comes in
many forms. List all kind of energy and give real-life example of each.
Answer :
Ada berbagai macam jenis energi yang terdapat disekitar kita, tetapi pada termodinamika energi
hanya dibagi menjadi dua kelompok besar yaitu energi kinetik dan energi potensial. Macam-
macam energi antara lain:
Energi Kinetik
Energi kinetik merupakan salah satu energi yang sangat penting pada termodinamika.Energi yang biasa disebut energi gerak ini merupakan bagian dari energi mekanik. Energi
kinetik dipengaruhi oleh 2 faktor, yaitu massa dan kecepatan benda, sehingga benda yangtidak memiliki kecepatan berarti tidak memiliki energi kinetik. Besarnya energi kinetik
berbanding lurus dengan kecepatan dan massa bendanya, secara matematis persamaan
energi kinetik dapat dituliskan sebagai berikut
_ = 1⁄2 ^2
Energi kinetik terdiri dari 2 macam, yaitu energi kinetik rotasi (EKR) dan energi kinetiktranslasi (EKT). Energi kinetik rotasi adalah energi kinetik yang terdapat pada benda
yang geraknya berputar, sementara energi kinetik translasi adalah energi kinetik yang
terdapat pada benda yang bergerak lurus.
Aplikasi atau contoh dari energi kinetik pada kehidupan sehari-hari antara lain:
Planet yang berputar mengelilingi matahari (Energi kinetik rotasi)
Kendaraan yang berjalan pada jalan raya
Pesawat terbang
Manusia berlari
Bola yang menggelinding ketika ditendang
Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh benda karena keadaan atau
kedudukannya. Energi potensial merupakan kebalikan dari energi kinetik. Energi
potensial biasa disebut sebagai energi diam karena dimiliki oleh benda yang diam. Energi
potensial merupakan energi yang dimiliki oleh sebuah benda namun belum digunakansehingga dengan begitu dapat dikatakan bahwa semua benda memiliki potensi untuk
melakukan pergerakan. Berbagai macam energi potensial antara lain adalah energi
potensial gravitasi, energi potensial pegas, energi potensial listrik, energi potensial
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
4/25
4
elastik, dan sebagainya. Namun energi potensial yang paling umum dikenal yaitu energi
potensial gravitasi, yaitu energi yang timbul akibat adanya gaya gravitas. Besarnya energi
potensial gravitasi ini dipengaruhi oleh 3 faktor, yaitu gaya gravitasi dimana benda berada, ketinggian dan massa benda. Ketiga faktor tersebut berbanding lurus dengan
besarnya energi potensial. Persamaan matematis untuk energi potensial yaitu
_ = ℎ
Aplikasi atau contoh dari energi potensial pada kehidupan sehari-hari antara lain:
Benda yang jatuh dari ketinggian tertentu (Selalu jatuh kebawah karena memilikienergi potensial gravitasi)
Ketapel (Karet pada ketapel dapat melemparkan batu karena memiliki energi
potensial elastik)
Tali pada busur anak panah ketika digunakan memanjang dan memendek (Energi potensial elastik)
Pegas pada pulpen dan timbangan (Energi potensial pegas)
Energi Panas Bumi
Energi panas bumi merupakan energi yang tersimpan jauh didalam kerak bumi dan
bentuknya berupa batuan panas, uap panas, dan air alami yang berasal dari dalam bumi.Panas bumi yang dihasilkan alami oleh bumi ini sangat bagus untuk kelestarian alam ini
karena tidak menyebabkan polusi yang bisa membahayakan alam ini. Selain itu juga lebih
ekonomis dibandingkan energi fosil berupa minyak bumi. Aplikasi dari energi panas bumi ini misalnya dapat dijadikan menjadi energi alternatif yang menggantikan energi
fosil untuk berbagai macam kebutuhan manusia.
Energi MagnetEnergi magnet merupakan energi yang menyebabkan dorongan dan tarikan. Contoh atau
aplikasinya misalnya pada catur yang menggunakan magnet, dompet yang menggunakan
magnet, penutup tas yang menggunakan magnet, dll.
Energi Bunyi
Energi bunyi merupakan energi yang dapat didengar oleh telinga kita. Contohnya adalah
suara klakson kendaraan, pluit, alat musik, suara manusia, dll.
Energi Nuklir
Energi nuklir merupakan energi yang disimpan didalam inti partikel. Contoh energinuklir adalah bom atom, PLTN, kapal selam nuklir, dll.
Energi Cahaya
Energi cahaya memiliki 2 jenis, yaitu energi cahaya alami dan energi cahaya buatan.
Energi cahaya alami yaitu cahaya dari matahari yang dapat digunakan untuk berbagaimacam hal. Energi cahaya buatan yaitu energi cahaya yang dihasilkan dari buatan
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
5/25
5
manusia, misalnya lampu. Aplikasi energi cahaya yang lain misalnya kalkulator yang
dapat menyala dengan mengisi daya nya menggunakan energi dari cahaya matahari.
Energi Panas
Energi panas merupakan energi akibat partikel yang bergerak menyebabkan perbedaan
suhu antara 2 sistem. Contoh energi panas yaitu api, air hangat, dll.
Energi Listrik
Energi listrik merupakan energi dari partikel yang bergerak (berpindah) melalui kabel.
Contoh energi listrik yaitu TV, Radio, dan berbagai peralatan elektronik lainnya.
First Problem :
You are planning a birthday party for your niece and need to make at least 4 gallons of Kool-
Aids, which you would like to cool down to 32oF (0Oc) before the party begins. Unfortunately,
your refrigerator is already so full of treats that you know there will be no room for the Kool-
Aids. So, with a sudden flash of insight, you decide to start with 4 gallons of the coldest tap water
you can get, which you determine is 50oF (10oC) and then cool it down with 1-quart chunk of
ice you already have in your freezer. The owner’s manual for your refrigerator states that when
the freezer setting is on high, the temperature is -20oC. Will your plan work? State all of your
assumption!
Answer :
Diketahui :
Kool-Aid
Air keran
Es
Kulkas pada kondisi „high‟
Ditanya:
Apakah dengan air keran yang ditambahkan dengan potongan es berhasil dalam mendinginkan
Kool-Aid hingga ℃?
Berdasarkan azas black, pada saat kesetimbangan:
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
6/25
6
Dimana
Dikarenakan , maka:
Berdasarkan literatur, diketahui bahwa:
Dengan mengasumsikan bahwa 1 quart es diambil dari freezer kulkas yang diatur pada
mode „high‟ dan seluruh es tersebut lebur dalam air 10 , maka:
Kalor air keran
=
Kalor es
Kalor lebur es
merupakan suhu campuran antara air keran 10 dan es -20 . Campuran tersebut,
yaitu air es, digunakan untuk mendinginkan Kool-Aid hingga 0 . Namun dikarenakansuhu air es sendiri yang berperan sebagai pendingin tidak mencapai 0 , yaitu 4,7168 ,
maka dapat disimpulkan bahwa cara tersebut tidak akan berhasil dalam mendinginkan
Kool-Aid hingga 0 .
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
7/25
7
Second Problem :
Konversi:
7bar = 0.7 MPa
0.5bar = 0.05MPa
Kondisi 1 Kondisi 2
•
Pertanyaan:1. Carilah suhu pada saat uap akan berkondensasi
2. Fraksi masa terkondensasi
3. Volume liquid terkondensasi
Answer :
• Asumsi: Sistem Tertutup dan Volume Tetap Volume Spesifik Tetap
Pengambaran lintasan pada diagram PV
100%
Uap
7 bar
500o
C
Vap
0.5bar Liquid
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
8/25
8
V1=V2=Vawal = 0.5070 m3/kg Tabel superheated 7 bar 500oC
a. Cari suhu di saturated steam pada saat V= 0.5070 m3/kg dengan interploasi / kira-
kira 140oC
b. Vspesifik total = Vliquid + x (Vgas-Vliquid) Pada saat P = 0.05 bar saturated steam
kualitas uap
Fraksi masa terkondensasi = 1-0.156 = 0.83438
c. Massa =
Volume Liquid = 0.00103 m3/kg x 1.972 kg = 2.031x10
-3 m
3
Third Problem
Students od thermodynamics class are excited. The instructor had spent two class sessions todiscuss about transferrable skills needed in the work place and how PBL is suitable learning
method for students to improve their skills. The instructor told them that if they improve their problem solving, interpersonal communication, group and self-directed learning skills, they will
understand thermodynamics better. The first law of thermodynamics is about conservation mass
and energy. This law is the results of careful observations of physical and chemical process that
lead to the conclusion that mass and energy cannot be created nor destroyed and they could onlytransform from one point to another. Please read a paper on development of calorimeter to
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
9/25
9
measure heat capacity and enthalpy and fluids (An automated flow calorimeter for the
determination of liquid and vapor isobaric heat capacities. Test resulrs for water and n-petane,
J.A Sandrusi, K. Mulia and V.F. Yesafage, Rev. Sci. Instrum, 63, 2, (1992), 1810-1821). Please
read only the forst two pages (1810-1811) of the paper and then try to answer the following
questions:
1.
One need to understand the concept of conservation energy and mass, in order to
understand how a calorimeter works. Start from the general formula of the first law of
thermodynamics and describe all of the terms in the equation using real-life examples. Read the paper and try to simplify the general formula based on the information of the
calorimeter set up and the how the measurement is carried-out. If you work in systematic
way then you should obtain the first equation (equation 1) given in the paper. State all of your assumptions clearly. Apperently heat loss term Qist is not included in the final
working equation for heat capacity measurement (equation 3). Consider all kind of heat
transfer modes that potentially contribute to this term and explain how they were
minimized in the experiment
2.
The steam table listed in introductory chemical engineering thermodynamics bookscontain data of enthalpy as a function od temperature and pressure. The data were
obtained using calorimeters such as the one reported in the paper by Sandarusi et al.
Describe how you carry our the experiment to determine h = h {T,P}
Answer :
A. First law equation for control volume:
• Q = kalor (panas) yang diterima/dilepas system: panas dari listrik / kompor•
W = kerja / usaha yang dilakukan system: teh panas yang diaduk dengan sendok untukmenurunkan suhu
• = mass flow rate [kg/s]
• H = Entalpi
•
= menunjukan energy kinetik: bola bergelinding di papan miring dan kecepatannya
berubah terhadap waktu
• = menunjukan energy potensial: bola dijatuhkan.
Assumption for automated calorimeter
- Steady state:
• The speed and mass flow rate are constant: = | =
• There‟s no height difference:
• There‟s no work in the system W = 0
• The heat escaping the system (heat loss) is the output heat:
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
10/25
10
…..(1)
Heat capacity
………(2)
Substitusi persamaan 2 ke 1
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
11/25
11
3B Berdasarkan percobaan Joule Thompson yang menyatakan bahwa penentuan entalpi
berdasarkan fungsi temperatur dan tekanan maka :
Persamaan ini hanya berlaku untuk gas ideal, namun untuk perhitungan gas nyata tidak
dapat menggunakan persamaan ini dan membutuhkan dua fungsi lainnya karena derajat
kebebasan bernilai 2. Fungsi yang tersedia antara lain temperature, pressure, internal energy,
entropi dan spesifik volum. Dalam kasus ini kita memilih parameter temperatur dan tekanan
Rumus kapasitas panas rata-rata untuk mengestimasi nilai c p yang sesungguhnya dengan
adanya suhu dan tekanan koreksi. Koreksi tekanan perlu diperhatikan, terutama pada fluidadengan tekanan rendah karena efek Joule-Thomson yang besar. Digunakan pendekatan
menggunakan teknik koreksi yang sederhana yang dibutuhkan pada eksperimen ini dengan
blank determination dengan pengukuran penurunan tekanan dan perubahan suhu sepanjang
kalorimeter, dimana tidak ada panas yang masuk ke dalam fluida. Kapasitas panas yangsebenarnya dapat dirumuskan sebagai:
di mana perbedaan suhu blank experiment (b) ditambahkan sesuai dengan perbedaan suhu
pada penambahan kalor (a).
(T o - T i )a = perbedaan temperatur kalorimeter dengan input panas.
(T o - T i )b = perbedaan temperatur pada blank’s experiment .
Forth Problem : An evacuated tank with 1 m
3 capacity is initially empty with no fluid inside. Water in the amount
2 L and at 25oC is transferred into the tank. At midday, thermal equilibrium is assumed to beattained and fluid temperature at 60
oC is uniform throughout the tank. At this condition do we
find water in the tank as a mixture of a liquid and vapor or only as water vapor? If only as watervapor, how much additional water we have to add so that water in the tank exist only as
saturated water vapor?
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
12/25
12
Answer :Berdasarkan diagram P-V diketahui dengan temperature 60
0C dengan spesifik volume sistem:
Spesifik Volume = Volume/massa = 0.5 m3/Kg
Massa 2 liter air 250C = 2 Kg (S.t)
Volume = 1 m3
(Terdapat hanya 1 m3 air pada kondisi setimbang, dan sisanya uap air)
• Massa air yang masuk = 2 Liter air 25
0C = 2 kg
• Volume Spesifik Air: Y =Yf + x( Yg – Yf )
• Massa Vapour = x * massa sistem, massa liquid = x * massa sistem
Masssa vapour = 0.064 * 2= 0.128 kg , massa liquid = 0.935 *2 =1.87 kg
Sehingga yang perlu di keluarkan adalah 1.87 kg air bertemperatur 600C
Fifth Problem : Internal energy and enthalpy are two thermodynamics quantities or variables that are used in
energy balances equations. Thermal energy added to a gas of polyatomic molecules can appear
as rotational and vibrational, as well as translational energies of the gas molecules. Describethe internal energy of a gas molecule in terms of its different modes of motion; translational,
rotational, vibrational modes, in addition to electronic contributions. Use the following diagram
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
13/25
13
showing the Boltzmann distribution of rotation, vibration, and electronic energy levels at room
temperature.
Answer :Molekul-molekul pada setiap zat tidak statis, namun selalu bergerak dengan beragam
jenis dan bentuk gerakan dan saling bertumbukan. Sebagian bergerak translasi dan rotasi,sebagian lainnya bergerak dengan melakukan getaran. Hasil dari tumbukan molekul-molekultersebut adalah energy panas yang kemudian berdampak pada temperature permukaan zat. Selain
memiliki energy sebagai dampak gerakan dan getaran, molekul-molekul tersebut juga memiliki
energy kimia, dan listrik statis maupun dinamis. Dalam termodinamika energy total tersebutdisubut energy dalam suatu zat (energy yang dihasilkan oleh fenomena internal zat tersebut.
Gerak Translasi : Gerak pusat masa dari suatu tempat ke tempat yang lain. Geraktranslasi pada skala atomic merupakan gerak yang terjadi pada atom atau molekul yang
menyebabkan atom atau molekul tersebut berpindah tempat.
Tingkatan energy pada gerak translasi bersifat non-diskrit. Sehingga tingkatan energy dapatdihitung dengan pendekatan klasik (sebagai energy kinetic) :
Gerak Rotasi : merupakan perputaran molekul yang selang energinya sangat kecil sekitar
10-3
eV. Spektrumnya di daerah gelombang mikro dengan panjang gelombang berkisar antara 0,1
mm- 1 cm). Hal ini diperjelas oleh Kusminarto (1993) yang menyatakan bahwa disamping
mengalami gerak translasi, molekul melakuakan rotasi terhadap sumber massanya.
Untuk menyederhanakan analisa, pada pembahasan ini ditinjau molekul dwi atom
(walaupun secara garis besar juga berlaku untuk molekul komplek).Tingkat energi molekul
terendah timbul dari rotasi di sekitar pusat massanya (Hidayat,2011) .
Momen inersia
Karena maka
Diketahui momentum sudut L pada gerak rotasi dirumuskanKarena L terkuantisasi ( )
yang mana
Sehingga energi molekul yang berotasipun terkuantisasi dengan perumusan sebagai berikut:
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
14/25
14
Gerak Vibrasi : Getaran molekul yang selang energinya lebih besar 0,1 eV dengan
spekrumnya di daerah infra merah ( .
Kusminarto (1993) memaparkan, jarak inti atom dalam molekul dianggap tetap. Bentuk energi
potensial molekul mengisyaratkan bahwa inti-inti atom penyusun molekul melakukan gerakosilasi relative. Di sekitar jarak kesetimbangannya r o, bentuk energi potensial dapat didekati
dengan bentuk fungsi parabola sehingga gerak osilasi relatifnya merupakan
osilasi sederhana dengan frekuensi sudut dengan µ adalah massa tereduksi molekul .
Sehingga energi vibrasi molekul dwiatom adalah:
dengan
v adalah bilangan bulath adalah tetapan Planck dan
f adalah frekuensi getaran.
Dalam pendekatan distribusi tingkatan energy Boltzmann menurut tingkatan energy berikut :
menunujukan bahwa enegi dalam akan terdistribusi pada setiap tingkatan dengan jumlah yang
berbeda-beda. Dan distribusi tingkatan energy transisi lebih banyak tingkatan energydibandingkan dengan rotasi, dan tingkatan energy gerak rotasi lebih banyak dari vibrasi. Hal ini
juga sesuai dengan penjelasan awal bahwa energy dalam timbul karena adanya tumbukan
molekul, ketika melakukan gerakan transisi akan lebih besar jumlah tumbukan dibandingkan
http://id.wikipedia.org/wiki/Tetapan_Planckhttp://id.wikipedia.org/wiki/Frekuensihttp://id.wikipedia.org/wiki/Frekuensihttp://id.wikipedia.org/wiki/Tetapan_Planck
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
15/25
15
ketika melakukan gerak rotasi, dan tumbukan yang terjadi saat melakukan gerak rotasi akan lebih
banyak melakukan tumbukan dibandingkan dengan gerak vibrasi.
Distribusi Boltzmann mengatakan bahwa rasio populasi bervariasi secaraeksponensial dengan perbedaan energi, semakin besar perbedaan tingkat energinya maka
semakin kecil populasi pada tingkat energi tersebut
Dengan “k” adalah nilai konstanta Boltzmann sebesar 1,381 x 10-23
J/K. Dalam pengaplikasiannya untuk tingkat energi, terdapat beberapa hal penting yang harus diperhatikan,
yaitu sebagai berikut:
Semakin tinggi keadaan energi suatu molekul, semakin sedikit populasi molekul yangmenempati keadaan tersebut.
Semakin tinggi suhu suatu molekul, semakin banyak populasi molekul yang mendudukikeadaan energi tinggi,
Tingkat energi akan semakin banyak terpopulasi apabila perbandingan antara “ E i – E j” dengan “kT ” dekat (seperti dalam gerak translasi dan gerak rotasi).
Sixth Problem :
Explain how we could estimate the isobaric heat capacity of methane as an ideal polyatomic gasas a function of temperature from 300 to 800 K based on the equipartition principle. Plot the
theoretical values of methane heat capacity and compare them with the values you obtained
using the ideal gas heat capacity equation and parameters given in the book by Smith et al. or by Moran and Saphiro. Explain why it is (or it is not) reasonable to assume a constant ideal gas
heat capacity for the whole temperature range?
Answer :
Kapasitas kalor adalah kemampuan atom atau molekul untuk menyerap energi saat suhu
naik. Energi yang diserap dapat berbentuk energi dalam dari atom atau molekul yangmenyerapnya, contohnya energi kinetik atau potensial. Untuk setiap atom pada fasa solid atau
gas, posisi atom didefinisikan dengan 3 koordinat atau dengan kata lain suatu atom memiliki 3
degress of freedom atau derajat kebebasan untuk gerakannya. Suatu molekul solid atau gas yang
terdiri dari N atom memiliki derajat kebebasan sebesar 3 N.
Teorema energi ekuipartisi (classical mechanics) menyatakan bahwa dalamkesetimbangan suhu, rata-rata energi berhubungan dengan tiap derajat kebebasan independen
yaitu ½ k BT. Untuk atom berfase solid atau liquid, energi kinetik dapat didefinisikan dengan
yaitu ½ k BT dan energi potensial.
Berdasarkan prinsip ekuipartisi, kita dapat menghitung kapasitas kalor dari atom gas ideal
yang tiap atomnya memiliki 3 derajat kebebasan sehingga energi dalamnya sebesar 3/2k BT
karena :
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
16/25
16
Kapasitas kalor isobaric dapat dicari dengan rumus :
Pendekatan kapasitas kalor secara teoritis didasari oleh “perkiraan kasar”. Pada kenyataannya
C p(T) didapatkan melalui percobaan dan hasilnya dihitung dengan rumus :
Rumus diatas hanya dapat digunakan pada temperatur tertentu.
Berdasarkan Appendix IC Introduction to Chemical Engineering of Thermodynamic yang
dikarang oleh Smith, didapatkan nilai variabel untuk methane :A = 1.702
B = 9.081 x 10
-3
C = -2.164 x 10-6
D = 0
Jika dimasukkan kedalam persamaan diatas menjadi :
Dari persamaan baru diplot sebuah grafik dengan T sebagai x dan Cp sebagai y
x y
300 4.23154
350 4.61526
400 4.98816
450 5.35024
500 5.7015
550 6.04194
600 6.37156
650 6.69036
700 6.99834
750 7.2955
800 7.58184
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
17/25
17
Data yang didapatkan dari percobaan dapat dilihat pada Tabel A-21E dari buku Moran and
Saphiro (7th
Ed.) :
Methana
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
18/25
18
Dapat diplot sebuah grafik dengan T sebagai x dan sebagai y
x y
300 4.407663
350 4.596603
400 4.805424
450 5.031949
500 5.274101
550 5.5299
600 5.797469
650 6.075028
700 6.360897
750 6.653495
800 6.951343
Seventh Problem :
Reproduce Figure 4.2b shown in Moran’s book (7 th Ed.) using data for water and benzene.Compare the two plots you obtain.
Answer :
Air masuk dan keluar dari barel yang awalnya kosong, sehingga laju alir massa masuk adalah
konstan. Sementarai laju alir massa keluar berubah sesuai ketinggian liquid dalam barel.
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
19/25
19
Analisis
Untuk satu jalur masuk dan satu jalur keluar pada volume control, rumusnya dapat ditulis :
Massa water yang dapat ditampung tong pada waktu t adalah :
Keterangan:
: massa jenis
A : luas dari dasar tong
L(t): tinggi liquid pada waktu tertentu
Persamaan diatas dapat disubtitusi dengan kesetimbangan laju massa sehingga :
Karena massa jenis dan luas konstan, persamaan ini dapat ditulis dengan :
Jika diturunkan menjadi :
dimana C adalah konstanta integral. Solusi dapat ditemukan dengan mensubtitusi persamaan ke
dalam persamaan differensial. Untuk mengetahui nilai C, digunakan kondisi awal t = 0, L=0.
Sehingga C = -3.33, dan solusi dapat ditemukan dengan :
Dengan mensubtitusi = 62.4 lb/ft3 and A = 3 ft2 kita mendapatkan hasil :
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
20/25
20
Persamaan ini dapat di plot dalam grafik sehingga menghasilkan :
x y
10 1.26945130520 2.05496669
30 2.541030564
40 2.841798816
50 3.027909216
60 3.14307124
70 3.214331588
80 3.258426308
90 3.285711388
100 3.302594942
110 3.313042205
120 3.319506798
Benzena
Benzena memiliki , A = 3ft2 maka
Persamaan diatas dapat di plot pada grafik :
x y
10 1.406065508
20 2.218431252
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
21/25
21
30 2.687782146
40 2.958953429
50 3.115624836
60 3.206143011
70 3.258440621
80 3.288655989
90 3.306113162
100 3.316199186
110 3.322026468
120 3.325393227
Dari kedua grafik diatas, dapat disimpulkan bahwa ketinggian suatu liquid akan terus meningkat
seiring berjalannya waktu kemudian mencapai keadaan steady-state pada waktu tertentu. Setelah
100 sekon, tinggi air konstan. Sementara tinggi benzena telah konstan setelah 90 sekon. Hal inimenunjukkan bahwa benzena mencapai keadaan steady state lebih cepat daripada air. Pada
keadaan konstan, laju alir air dan benzena yang masuk pada tong sama dengan laju alir dan
benzena yang keluar tong. Dari grafik dapat diketahui bahwa nilai limit L adalah 3.33 ft yang
juga dapat diambil dari solusi limit analitik t menuju ∞.
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
22/25
22
Eight Problem :
Dari soal diberitahukan:
m1 = m2 = 270kg/jam
ΔP = 0, maka EP dan EK = 0 (incompressible)
Temperatur di semua bagian sama
Garis titik-titik menunjukan control volume atau sistem
Answer :
Energi balance yang didapat:
Karena massa keluar = massa masuk maka energy balance dapat disusun:
Dan karena internal energy hanya bergantung pada temperature maka:
Energi entalpi pada energy balance dapat diubah menjadi:
T mewakili temperature yang seragam pada waktu t
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
23/25
23
Dengan menggunakan persamaan differensial biasa, orde pertama, persamaan menjadi
C1 dapat dievalusai dengan batasan saat t=0, T=T1
Subtitusi persamaan diatas dengan spesifik kalor diambil dengam menggunakan table “Properties
of Selected Solid and Liqiud” didapat c p = 4.2 kJkg-1
K -1
maka
Jika menggunakan kapasitas kalor benzene cair 1.821 kJ/kg.oK
Plot Diagram untuk Air Plot Diagram untuk Benzena cair
268
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
24/25
24
KESIMPULAN
Ada berbagai macam jenis energi yang terdapat disekitar kita, tetapi pada termodinamika
energi hanya dibagi menjadi dua kelompok besar yaitu energi kinetik dan energi potensial.
Hukum I termodinamika menyatakan bahwa "Jumlah kalor pada suatu sistem adalah
sama dengan perubahan energi di dalam sistem tersebut ditambah dengan usaha yang dilakukan
oleh sistem."
Distribusi Boltzmann mengatakan bahwa rasio populasi bervariasi secara eksponensial
dengan perbedaan energi, semakin besar perbedaan tingkat energinya maka semakin kecil
populasi pada tingkat energi tersebut.
Kapasitas kalor adalah kemampuan atom atau molekul untuk menyerap energi saat suhu
naik. Energi yang diserap dapat berbentuk energi dalam dari atom atau molekul yang
menyerapnya, contohnya energi kinetik atau potensial. Untuk setiap atom pada fasa solid atau
gas, posisi atom didefinisikan dengan 3 koordinat atau dengan kata lain suatu atom memiliki 3
degress of freedom atau derajat kebebasan untuk gerakannya. Suatu molekul solid atau gas yang
terdiri dari N atom memiliki derajat kebebasan sebesar 3 N.
-
8/19/2019 Makalah Termo Kelompok 14 PBL 2 (Word 2003)
25/25
25
DAFTAR PUSTAKA
https://highered.mcgraw-hill.com/sites/dl/free/0073529214/395307/appdxs1_2.pdf
Himmelblau, David Mautner. 1996. Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering –
3th ed . New Jersey : Prentice Hall PTR.
Moran, Michael J., Howard N. Shapiro. 2010. Fundamentals of Engineering Thermodynamics –
3th ed . Asia : John Wiley & Sons Pte Ltd.
Smith, J.M.,H.C.van Ness, and Abbott, M.M., "Introduction to Chemical Engineering
Thermodynamics", 5th ed., McGraw-Hill, 1996.
https://highered.mcgraw-hill.com/sites/dl/free/0073529214/395307/appdxs1_2.pdfhttps://highered.mcgraw-hill.com/sites/dl/free/0073529214/395307/appdxs1_2.pdfhttps://highered.mcgraw-hill.com/sites/dl/free/0073529214/395307/appdxs1_2.pdf