DAFTAR ISI

I. Kimia Organik

II. Biologi Molekuler

III. Mekanika Fluida dan Partikel

IV. Perpindahan Kalor

V. Rekayasa Biokimia

Kritik dan Saran : Dimas Nurwansyah TK 14

( 081934165726 )

Rickson Mauricio TK 14

( 085692962606 )

JANGAN TERPAKU PADA DIKTAT INI.

Diktat ini dijawab oleh mahasiswa.

Pemikiran dosen mungkin berbeda. Untuk

penggunaan diktat yang efektif,

berkonsultasilah dengan asisten dosen.

SOAL KIMIA ORGANIK

1. Compare the nicleophility of CH3CH2O- in ethanol to that of CH3CH2O

- in DMF

which abbreviation of N,N dimethylformaldehide [HCON(CH3)2]

Give Lewis structure of the solvent and illustrate how they work to activate or

deactivate the nucleophile (15 points)

2. If (R)-2-iodoheksana is reacted with CH3CH2O- in DMF as solvent,

a. Which pathways (SN2, SN1, E2, E1) is most likely to follow \. Give analysis on the

substrate type, nucleophile reactivity, solvent type. (10 points)

b. Write the complete mechanism of reaction, including the stereo (R/S orientation)

and electron movement of the reactant state and the product. (15 points)

c. Write energy diagram of the reaction and show the position the reactant, the

transition state and the product (10 points)

3. By giving its proton, each of the below compounds can become an anion.

a. For each compounds, draw the anion and identify factor that stabilized it (10

points)

b. Arrange them in order of decreasing stability. (5 points)

c. How does the stability of the anion correkate to the acidity of the compound that

produced the anion. Explain (5 point)

4. Biodiesel can be made by transesterification reaction of triglyceride with ethanol

using either acid catalyst or base catalyst. Write complete mechanism when

a. Hydrochloric acid is used as the catalyst (15 point)

b. Potassium hydroxide is used as the catalyst (15 point)

PEMBAHASAN SOAL KIMIA ORGANIK

1. Pengaruh pelarut pada reaksi subtitusi dan eliminasi terletak pada kemmapuan atau

ketidakmampuannya mensolvasi ion-ion. Kemampuan mensolvasi ion ditentukan oleh

polaritas molekul pelarut itu, yang biasanya dilaporkan sebagai tetapan dielektrik.

Pelarut yang sangat polar mempunyai tetapan dielektrik tinggi. Pada umumnya

pelarut yang sangat polar (seperti air) , mendorong reaksi SN1 dengan membantu

menstabilkan karbokation dengan jalan solvasi. Sebaliknya, pelarut yang kurang polar

memilih reaksi SN2 dan E2, karena pelarut ini tidak membantu ionisasi.

Suatu pelarut yang dapat mensolvasi suatu anion (mampu menstabilkan anion itu)

akan mengumrangi nukleofilitasnya. Kebalikannya, suatu pelarut yang tak dapat

mensolvasi suatu anion, akan meningkatkan nukleofilitasnya anion itu. Dalam DMS

(dimetil formadida) ion CH3CH2O-

tidak disolvasi sehingga bersifat nukleofil yang

jauh lebih baik daripada dalam etanol, diaman ion ini disolvasi.

Gambar hlm 210

2. If (R)-2-iodoheksana is reacted with CH3CH2O- in DMF as solvent,

a. (R)-2-iodoheksana, dalam kasus ini atom yang diserang adalah iodin, dimana

iodin menempati atom C sekunder (C2), sehingga reaksi bisa bereaksi sesuai jalan

SN2, SN1, E2, E1 , tetapi SN2 dan E2 lebih lazim terjadi. Reaksi-reaksi alkil halida

sekunder lebih peka terhadap kondisi reaksi dalam labu reaksi daripada alkil

halidanya sendiri.

Untuk alkil halida sekunder, nukleofil kuat (seperti CH3CH2O- ) menyukai reaksi

SN2

Solvent type, seperti yang sudah dijelaskan pada nomor sebelumnya, pelarut yang

kurang polar (dalam kasus ini DMF) memilih reaksi SN2 dan E2, karena pelarut

ini tidak membantu ionisasi.

b.

c.

3. Transesterifikasi dengan ethanol, HCl sebagai katalist. Menghasilkan asam

karboksilat

Try Out Kimia Organik

Kelas Pak Kirno

1. Dalam reaksi subtitusi nukleofilik, bandingkan pasangan nukleofil pada soal dibawah

ini, manakah yang nukleofiliknya lebih tinggi. Berikan alasannya.

a. (CH3)2 N-

atau (CH3)2 NH

b. (CH3)3B atau (CH3)3N

c. H2O atau H2S

2. Dalam reaksi subtitusi nukleofilik, pasangan senyawa organo halogen dibawah ini,

manakah yang lebih reaktif terhadap OH-

a. CH3Br atau CH3I

b. CH3CH2I dalam etanol atau CH3CH2I dalam dimethyloksida

c. H2C=CHBr atau H2C=CHCH2Br

3. Berikan penjelasan kenapa mengikuti SN2, SN1, E2, E1. Tuliskan reaktan, transisi,

produk, secara lengkap dengan gambar stereo (R/S orientation) dan gerakan elektron

serta gambar diagram energinya.

a. Reaksi SN2 dari (S)-2-iodoheksana dan CH3CH2S-

dalam pelarut

dimethylsulfksida.

b. Reaksi E2 (CH3)2CHCHBrCH2CH3 dengan potasium hidroksida

4. Tuliskan reaksi pembuatan parasetamol dengan katalis asam [H+], beserta dengan

diagram energynya.

5. Tulislah mekanisme reaksinya!

Jawaban TO Kimor

Pak Kirno

1. A. (CH3)2 N-

memliki muatan

B. (CH3)3B dan (CH3)3N perbedaan keelektronegatifan C & N lebih besar dari B

& C

Jadi (CH3)3B lenih nukleofil

C. H2O dan H2S

Kelektronegatifan O > S, jadi H2O lenoh nukleofil

(kelektronegatifan makin besar)

Lebih nukleofil

2.

a.

Br elekronegatifnya lebih besar dari I. Br C lebih kuat berikatan (lebih susah

berikatan)

b. CH3CH2I dalam etanol atau CH3CH2I dalam dimethyloksida

Etanol polar protik (lebih bermuatan)

Dimethyloksida polar aprotik

c. H2C=CHBr H2C=CHCH2Br

Lebih stabil karena Lebih tidak stabil jadi susah diserang

C = C B

Elektron

Catatan : reaksi SN2 lebih cepat berlangsung dg pelarut polar aprotik. Karena pelarut

protik menyebabkan terstabilkannya reaktan.

3.

Ciri-ciri reaksi SN2 :

- Serentak (masuk 1. 1 dikeluarkan)

- Inversi (dari reaktan R produk S)

( Dari reaktan S produk R)

- Rx Primer atau sekunder

- Nukleofil kuat

Ciri-ciri reaksi SN1

- Pembentukan karbokation

- Rx sekunder / tersier

- Basa kuat

- Penataan ulang

Contoh

c.

Catatan :

Mekanisme:

4.

5. A.

Ganti dg

seperti

reaksi

diatas

SOAL BIOLOGI MOLEKULER

1. Di atas adalah struktur kimia dari salah satu asam lemak.

a) Tuliskan nama dari asam lemak tersebut dengan beberapa tatacara penamaan yang

Anda ketahui.

b) Apa yang dapat Anda ceritakan tentang asam lemak tersebut?

c) Jelaskan analisis apa yang dapat kita lakukan untuk mengetahui adanya ikatan

rangkap pada asam lemak tersebut.

2. Trehalosa merupakan suatu disakarida nonpereduksi yang mengalami hidrolisis pada

suasana asam menghasilkan dua molekul glukosa.

a) Gambarkan tiga kemungkinan struktur trehalosa yang terbentuk dari dua unit glukosa

yang berikatan

b) Jelaskan analisis apa yang paling tepat yang dapat kita lakukan untuk mengetahui

jenis disakarida ini

c) Jelaskan beberapa manfaat dari trehalosa ini.

3. Dalam sel organisme hidup, reaksi yang melepaskan energi terjadi pada jalur

katabolisme. Katabolisme ini dapat dibagi menjadi empat tingkatan, di mana tahap 1

adalah tahap pengubahan makanan menjadi molekul kecil, tahap 2 pembentukan asetil

CoA, tahap 3 pembentukan CO2 dan energi, dan tahap 4 pembentukan ATP. Gambarkan

alur yang terjadi.

PEMBAHASAN SOAL BIOLOGI MOLEKULER

Nomor 1

Formula dari asam lemak diatas adalah C22H33O2

a) Sedangkan penamaannya adalah (7Z,10Z,13Z,16Z,19Z)-docosapentaenoic acid

b) Asam lemak tersebut memiliki nama trivial clupanodonic acid (DPA). Asam lemak ini

adalah salah satu asam lemak Omega-3. Asam lemak ini berantai panjang dan lurus,

dikategorikan juga sebagai polyunsaturated fatty acid. Asam lemak ini merupakan

intermediet antara eicosapentaenoic acid (EPA, 20:5 -3) dan docosahexaenoic

acid (DHA, 22:6 -3). Sumber yang kaya akan asam lemak ini adalah minyak dari singa

laut (seal oil).

c) Bilangan iodin menyatakan ukuran ketidakjenuhan minyak atau lemak dan berkaitan

dengan kandungan asam lemak tidak jenuh dalam minyak atau lemak. Penentuan

bilangan iodin dapat dilakukan dengan Metode Wijs. Semakin tinggi nilai bilangan iodin

menyatakan semakin banyak ikatan rangkap (C = C) yang terdapat dalam lemak.

Nomor 2

Trehalosa merupakan disakarida yang terbentuk oleh dua molekul glukosa yang dibentuk pada

ikatan glikosidik ,-1,1.

a) Ada tiga kemungkinan struktur trehalosa berdasarkan ikatan glikosidiknya, yakni ,,

,, dan ,

(Sumber: http://pixshark.com/trehalose-sugar.htm)

(Sumber: Study Guide with Student Solutions Manual for McMurry's Organic Chemistry, 8th)

b) Analisis trehalosa

Keberadaan dan konsentrasi trehalosa dapat dianalisis oleh HPLC (High Performing

Liquid Chromatography)

c) Manfaat trehalosa

Trehalosa dapat menyimpan air sehingga sifatnya tersebut dapat membuat beberapa

makhluk hidup (yang memiliki trehalosa) mampu bertahan dalam keadaan desikasi

(kondisi kekeringan ekstrem).

Stabilitas, kemanisan (45% sukrosa), dan kemampuannya untuk menyimpan air membuat

trehalose sering digunakan dalam industri makanan, kosmetik, dan farmasi. Trehalose

figunakan sebagai pengawet makanan dan peminimalisir rasa dan baru yang tajam.

Trehalose juga digunakan dalam pembuatan moisturizer dalam industri kosmetik.

Selain itu, trehalose juga dapat menjadi alternatif gula sebagai pemanis dan tidak

menaikkan level gula darah sebanyak glukosa sehingga cocok bagi penderita diabetes.

Trehalose dapat pula digunakan dalam pengobatan penyakit degeneratif saraf, seperti

Alzheimer dan Huntingtons disease.

Nomor 3

Final Examination

Molecular Biology

Monday, May 27th 2013

Problems:

1. Draw the structure of the following of triglycerildes!

a. LAS

b. OPO

L = (9z, 12z,) -9,12-octadecatetraenoic acid

A = (5z, 8z, 11z, 14z) -5,8,11,14-eicosotetraenoic acid

S = (6z, 9z, 12z, 15)-6,9,12,15-octadecatetraenoic

O = 18:1 (n-9)

P = 16:0

2. Draw the ring structures of chitin, amylose and glycogen?

3. Explain by figure the biosynthesis of N-acetylglucosamine from glucose?

4. Phospatidic acid is the main compound for phospolipid synthesis, explain the

mechanism of phospatidic acid biosynthesis from glucose?

5. There are two modes mechanism of cell response the extracellular signal. Explain the

mode which lipid act as relay signal, directly!

6. Write the general reaction of glycolisis proses (from glucose to CO2 and H2O) how

many energy molecules are generated?

7. The indonesian Standard of cooking oil is the following

No Criteria Requirement

1 Odor and taste Normal

2 Color Yellow clear

3 Water contain Max. 0,3%

4 Free fatty acid Max 0,3%

5 Peroxide Number Max. 2 mg/kg

6 Iodine number 45-46

7 Saponification number 196-205

Write your idea how to measure water contain, free fatty acid, peroxide number,

iodine and saponification number?

8. Explain the application of starch in ceramics and construction industry?

Jawaban UAS Biologi Molekuler 2013

1. a. LAS = Asam linoleat asam arakidonat - asam stearidonat

L = (9z, 12z,) -9,12-octadecatetraenoic acid

A = (5z, 8z, 11z, 14z) -5,8,11,14-eicosotetraenoic acid

S = (6z, 9z, 12z, 15)-6,9,12,15-octadecatetraenoic

Maka

B. OPO = asam oleat asam palminat asam oleat

O = 18:1 (n-9)

P = 16:0

2. Kitin

3. Glucose

hexokinase

Glucole-6-phospate

Fructose-6-phospate glucosamine-6-phospate

Acetyl CoA Fatty acid metabolism

Pyruvate glutamine glutamate N-acetylglucosamine-6-phospate

N-acetylglucosamine-1-phospate

Nucleotide metabolism UTP UPD-N-acetylglucosamine

UDP-N-Acetyl-glucosamine

4. Mekanisme biosintesis asam fosfotidik dari glukosa:

jalur glikolisis:

a. Glukosa + 4 ATP glukosa-6-fosfat + 3 ATP

b. Glukosa-6-fosfat fruktosa-6-fosfat

c. Fruktosa-6-fosfat + 4 ATP fruktosa-1,6-biofosfat + 3ADP + H

d. Fruktosa-1,6-bifosfat dihidroksi aseton fosfat + gliseraldehid-3-fosfat

e. Dihidroksi aseton fosfat gliseraldehid-3-fosfat

Esterifikasi gliserol-3-fosfat + 2 asam lemak asam fosfotidik

5. Terdapat 2 mekanisme respom sel terhadap sinyal ekstraseluler, bergantung pada sifat

stimular/ligandnya. Fungsi lipid yaitu menopang fungsi senyawa organik sebagai

penghantar sinyal.

Ilustrasi secara umum, tahapannya:

a. Sintesis

b. Pelepasan molekul signaling (ligand) / sel signaling

c. Transport signaling ke sel target

d. Ikatan antara signaling dengan reseptor kompleks ligand reseptor

e. Reseptor yang teraktivasi 1 atau lebih transduksi sinyal intrasel

f. Perubahan spesifik pd fungsi, metabolisme & perkembangan sel

g. Removal of the signal

Secara umum:

Resepsi (reseptor & molekul signal) transduction (signal) transduction pathway

respon (aktivasi respon)

1 pada extracellular fluid, 2&3 pada membran plasma & sitoplasma.

Pensinyalan lipid dapat muncul melalui aktivasi protein G dan anggota beberapa

kategori lipid berbeda telah dikenal sebagai molekul-molekul pensinyalan. Contoh :

sfingosin 1 fosfat (sfingolipid turunan seramida) sbg molekul kurir potensial dalam

pengaluran pergerakan kalsium. Pertumbuhan sel & apoptosis, DAG & PIP terlibat

didalam aktivasi protein kinase C dimediasi Ca.

Transduksi sinyal tersebut terbagi:

1. Reseptor intraselluler: ligandnya senyawa yg larut dalam lipid sehingga dapat

menembus membran sel masuk sel meneju reseptor.

2. Reseptor membran sel: ligand tidak daat larut dalam lipid tidak dapat menembus

membran, tetapi reseptor ada di membran sel sehingga ligand menempel pada

reseptor.

6. Proses glikolisis: reaksi oksidasi pemecahan gugus/ molekull glukosa 2 asam piruvat

(hasil glikolisis bukan CO2 + H2O *soal salah) yang menghasilkan CO2 & H2O adalah

respirasi. Terbagi menjadi 2 fase:

1. Tahap reaksi enzim yg memerlukan ATP

2. Menghasilkan energi

Reaksi umum:

Glukosa + 4ATP glukosa 6 fosfat + 3ATP + H

Glukosa 6 fosfat fruktosa 6 fosfat

Fruktosa 6 fosfat + 4 ATP fruktosa-1,6-difosfat + 3 ADP +H

fruktosa-1,6-difosfat dihidroksiaseton fosfat + gliseraldehid-3-fosfat

dihidroksiaseton fosfat gliseraldehid 3 fosfat

gliseraldehid 3 fosfat Pi2- + NAD 1,3-biphosphoglycerate + NADH + H+

1,3-biphosphoglycerate + 3 ADP 3-fosfogliserat + 4 ATP

3-fosfogliserat 2-fosfogliserat

2-fosfogliserat fosfofenolpiruvat + H2O

Fosfofenolpiruvat + 3 ADP + H+ piruvat + ATP Ado2

Hasil : 2 asam piruvat + 2 molekul NADH + 2 ATP

7. Metode:

a. Free fatty acid (asam lemak bebas) bilangan asam lemak bebas:

Menunjukan jumlah asam lemak yg ada di dalam lemak setelah dihidrolisis. Semakin

tinggi FFA/ALB, semakin tinggi tingkat kerusakan minyak. ALB hasil degradasi

trigliseraldehid (TGA) akibat kerusakan minyak.

Penentuan bilangan FFA:

1. Ambil 2 gr minyak erlenmeyer 250 ml

2. Ditambah 50ml etanol 95% yg telah dinetralkan KOH 0,1 N

3. Panaskan pada T = 40o C minyak larut

4. Ditambah 1-2 tetes PP

5. Titrasi dengan KOH 0,1 N merah muda ( 30 s)

Bil FFA =

M = BM asam lemak

N = normalitas KOH

V = volum titran

M = bobot sampel

b. Bilangan peroksida : menunjukan derajat kerusakan minyak (tingkat katengikan /

rancidily)

Prosedur:

1. Timbang 5 gr minyak dalam 250ml erlenmeyer tertutup + 30ml asam asetat-

kloroform. Goyangkan terlarut +95 ml larutan jenuh KI

2. Diamkan 1 min +30ml aquodat

3. Titrasi dg 0,1N Na2S203 kuningnya hilang +0,5ml larutan pati 1% lanjut

titrasi biru mnghilang

Bilangan peroksida :

Untuk tujuan yang sama dapat digunakan analisis penentuan harga TBA

(1thio barbituric acid)

c. Bilangan iodin : menunjukan jumlah halogen (iodin dalam mg) yg dapat diikat 100gr

minyak menunjukan ketidakjenuhan AL penyusun minyak AL tidak jenuh dapat

mengikat iodium senyawa jenuh menunjukan jumlah ikatan rangkap dalam AL

sampel

Prosedur :

Titrasi Natrium Tiosulfat

1. Ambil 0,13 0,15 gr minyak erlenmeyer 250ml

2. +20ml campuran sikloheksana : asam asetat, 1 : 1 untuk larutkan

3. +25ml larutan wijs dg pipet volumetrik. Tutup, kocok & simpan dalam ruangan

gelap bomin

4. +10ml KI 10% & 150ml air suling. Tutup, kocok.

5. Titrasi dengan lar. Natrium Tiosulfat 0,1N coklat tua menjadi kuning muda

6. + 1-2ml indikator kanji (biru) titrasi hingga biru hilang setelah dikocok kuat.

Titrasi penentuan Blanka:

1. 25ml larutan wijs

2. + 10ml larutan KI 10% & 150ml air suling

3. Tutup labu erlenmeyer, kocok

4. Titrasi dengan natrium tiosulfat 0,1N coklat tua menjadi kuning muda

5. + 1-2ml indikator kanji (biru) titrasi biru hilang

Bilangan Iodin = ( )

d. Bilangan Saponifikasi / penyabuanan

Jumlah basa yang diperlukan untuk menyabunkan (memutus lemak netral menjadi

gliserol & asam lemak). Dinyatakan sbg mg KOH yg dibutuhkan untuk mnyabunkan

1gr sampel untuk menentukan BM minyak secar kasar

*Bil.saponifikasi turun; Mr naik; rantai karbon naik

Dengan titrasi asidimetri :

- Titrasi HCl

1. 4-5gr minyak erlenmeyer 250ml

2. + 50ml KOH 0,5N beralkohol

3. Tutup erlenmeyer, panaskan 30 mnit dinginkan

4. +PP 1% 5 tetes

5. Titrasi dg HCl 0,5N merah jambu

- Titrasi perlakuan Blangko

1. 50ml KOH 0,5N beralkohol, +PP 1% 5 tetes

2. Titrasi dg HCl 0,5N titik akhir titrasi

Bil.saponifikasi = ( )

Final Examination

ENBP600003 Molecular Biology

Monday, May 27th 2013

Time 09.00 11.00 (120 minutes)

Explanation :

- Open book examination

- The examination is contain 8 problems, each problem have same grade : 12,5

- You can random tour answer in answer sheet

1. Draw the structure of the following of triglycerides!

a. LAS

b. OPO

L = (9z,12z)-9,12-Octadecatetraenoic acid

A = (5z, 8z, 11z, 14z)-5,8,11,14-eicosutetraenoic acid

S = (6z, 9z, 12z, 15z)-6,9,12,15-octadecatetraenoic

O = 18:1 (n-9)

P = 16 : 0

2. Draw the ring structur of chitin, Amylose, and Glycogen?

3. Explain by figure the biosynsthesis of N-acetylglucosamine from glucose?

4. Phospatidic acid is the main compound for phospholipid synthesis, explain the

mechanism of phospatidic acid biosynthesis from glucose?

5. There are two modes mechanism of cell response the extracellular signal. Explain the

mode which lipid act as relay signal, diretly!

6. Write the general reaction of glycolisis process (from glucose to CO2 and H2O). How

many energy molecules are generated?

7. The Indonesian Standard of cooking oil is the following

No. Criteria Requirement

1. Odor and Taste Normal

2. Color Yellow Clear

3. Water contain Max. 0.3%

4. Free Fatty Acid Max. 0.3%

5. Peroxide Number Max. 2mg/kg

6. Iodine Number 45-46

7. Saponification Number 196-205

Write your idea how to measure water contain, free fatty acid, peroxide number,

iodine, and saponification numbers?

8. Explain the application of starch in ceramics and construction industry?

Jawaban UAS BIOMOL

1. L : (9Z, 12Z) ... salah

: (6Z, 9Z, ) -6,9 octadecadienoic acid

2. Chitin

Amylose

tidak ada branching di polimer

glycogen

ada branching di polimer

3. Glucose

hexokinase

Glucole-6-phospate

Fructose-6-phospate glucosamine-6-phospate

Acetyl CoA Fatty acid metabolism

Pyruvate glutamine glutamate N-acetylglucosamine-6-phospate

N-acetylglucosamine-1-phospate

Nucleotide metabolism UTP UPD-N-acetylglucosamine

UDP-N-Acetyl-glucosamine

4. Phospathidic acid from lipid

e.g from dihidroxyacetonphospate

5. .

6. Glycolysis

SOAL MEKANIKA FLUIDA DAN PARTIKEL

1. Air 20oC dialirkan dari titik 1 ke titik 2 melalui sistem perpiaan seperti pada gambar

dibawah in. pada aliran diberikan pompa dengan daya listrik 40 watt (efisiensi 60 %).

a. Jika diketahui laju alir volum air yang keluar pada titik 2 adalah sebesar 100 liter /

menit, hitung ketinggian H!

b. Jika laju alir yang diinginkan menjadi 200 liter / menit (pada harga H yang sama),

berapa daya pompa yang harus diberikan (dalam watt) ?

Diketahui pipa adalah jenis commercial steel pipe

2. Air dalam tangka pada suhu 25oC dialirkan melalui sistem perpiaan seperti yang

ditunjukkan gambar pipa dibawah ini. Pipa adalah commercial steel dengan diameter

pipa untuk seluruh perpiaan sama yaitu adalah 4 cm. jika diasumsikan aliran adalah

turbulen dan faktor friksi pipa sebesar 0,01 :

a. Hitung laju volumetric air dalam (lt/min) di titik 2 dan 3!

b. Apakah asumsi yang diberikan sudah benar? Jika tidak apa yang harus dilakukan

selanjutnya?

JAWABAN

1) Diketahui:

T air = 20 oC

Q = 100 L/menit = 100 . 10-3

/ 60 = 1,67 . 10-3

m3/s

= 0,6

air = 998,23 kg/m3

air = 1,005 . 10-3 kg/m.s

P = 40 Watt

Pipa : D = 4 cm = 4 . 10-2

m

= 4,6 . 10-5 m

A = 1

4 D2 =

1

4 (4 . 10-2)2 = 1,26 . 10-3 m2

V = Q

A = 1,325 m/s

Asumsi: - Fluida inkompresibel

- Steady state

Neraca energi:

EK + EP + Ws + F + P

= 0

1

2x (V22 V12) + g . H + Ws + F + 0 = 0

Menghitung F

F1 = kontraksi tangki pipa

Kc = 0,55 ( 1 - Ap

At ) ; At >> Ap

Kc = 0,55

F1 = Kc . V

2 = 0,55 .

(1,325)

2 = 0,48 J/kg

F2 = friction loss pada pipa lurus (10 + 50 + 5 + 100 = 165 m)

F2 = 4f2 . L

.

V

2

Nilai f2 =>

D =

4,6.10

4.10 = 1,15 . 10-3 = 0,00115

=> Re = ..

=

(998,23)(1,325)(4.102)

1,005.10 = 5,3 . 10

-4

Dari grafik moody, f2 = 0,0063

F2 = 4(0,0062)(165)(1,325)

2.4.102 = 89,8 J/kg

F3 = friction loss pada 3 elbow

F3 = 3 . Kf . V

2 =

3

2 . 0,75 . (1,325)2 = 1,975 J/kg

F4 = friction loss pada valve

F4 = Kf . V

2 = 9,5 .

(1,325)

2 = 8,34 J/kg

F = F1 + F2 + F3 + F4 = 0,48 + 89,8 + 1,975 + 8,34 = 100,595 J/kg

Ws pompa

Ws = - Wp ; Wp = P

m =

P

Q. =

40

(1,67.10)(998,23) = 24 J/kg

Ws = - 0,6 . 24 = -14,4 J/kg

a.) Neraca energi

1

2 (V2

2) + g . H + F + Ws = 0

1

2 (1,325)

2 + 9,806 (H) + 100,595 14,4 = 0

0,88 + 9,806 H + 86,195 = 0

9,806 H = 87, 075

H = 8,88 m

b.) Q2 = 200 L/menit =200.10

60 = 3,3 . 10-3 m3/s

V2 = Q2 / A = 3,3.10

1,26.10 = 2,62 m/s

Menghitung F

F1 = kontraksi tangki pipa

Kc = 0,55

F1 = Kc . V

2 = 0,55

(2,62)

2 = 1,89 J/kg

F2 = friction loss pada pipa lurus (165 m)

F2 = 4f2 . L

.

V

2

Nilai f2 =>

D = 0,00115

=> Re = ..

=

(998,23)(2,62)(4.102)

1,005.10 = 1,04 . 10

5

Dari grafik moody, f2 = 0,0055

F2 = 4(0,0055)(165)(2,62)

4.102.2 = 311,47 J/kg

F3 = friction loss pada 3 elbow

F3 = 3 . Kf . V

2 =

3

2 . 0,75 . (2,62)2 = 7,7 J/kg

F4 = friction loss pada valve

F4 = Kf . V

2 = 9,5 .

(2,62)

2 = 32,6 J/kg

F = F1 + F2 + F3 + F4 = 353,66 J/kg

Neraca energi:

1

2 (V2

2) + g . H + F + Ws = 0

1

2 (2,62)

2 + (9,806)(8,88) + 353,66 + Ws = 0

3,43 + 87,1 + 353,66 + Ws = 0

Ws = - 444,2 J/kg

Ws = - Wp

- 444,2 = - 0,6 Wp

Wp = 740,33 J/kg

Daya pompa: P = m . Wp

= Q . . Wp

= 3,3 . 10-3

. 998,23 . 740,33

= 2438,77 Watt

2) Diketahui

= 25 Pipa = = 4. 102 =1

42 =

1,26. 1032

= 997, 08

3 = 4.16105

= 0,8937. 103

= 0.01

Asumsi - Aliran Turbulen

- Fluida inkompresible

- Steady state

1. Meninjau system titik acuan 2 dan 3

Neraca energi :

+ + + +

= 0

1

2(2

2 12) + 9. + + 0 + 0 = 0

1

2(2

2 12) + 9. + =0

Menghitung Friction loss ()

1 =

= 0,55 (1

) ;

= 0,55

1 = 0,55.22

2= 0.275(2)

2

2 = 170

2 = 42.

.22

2= 4. 102 .

170

4. 102.22

2= 85(2)

2

3 = 3

3 = 3. .22

2

=3

2 . 0,75. (2)

2

3 = 1,25. (2)2

4 =

4 = .22

2

= 6.22

2

4 = 3(2)2

= 1 +2 + 3 + 4= (0,275 + 85 + 1,125 + 3)(2)

2

= 89,4(2)2

Neraca energi :

1

2(2

2 12) + 9 + = 0

1

2(2)

2 + (9,806)(30) + 89,4(2)2 = 0

89,9(2)2 = 196,12

(2)2 = 2,2

2 = 1,48

2 = . 2

= 1,26. 103. 1,48

2 = 1,86. 103. 103

3

2 = 1,86. 103.

103

160

2 = 111,6

2. Meninjau system titik acuan 1 dan 2

Neraca Energi :

+ + + +

= 0

1

2(3

2 12) + 9. (30) + = 0

Menghitung friction loss (F)

1 =

= 0,55. (1

);

= 0,55

1 = 0,55.(3)2

2= 0,257(3)2

2 = 1

2 = .(3)2

2= 0,75

(3)2

2= 0,375. (3)2

3 = (160)

3 = 4.

.(3)2

2= 4.0,01.

160

4. 102.(3)2

2= 80(3)2

4 =

4 = .(3)2

2= 3(3)2

= 1 + 2 + 3 + 4 = 83,65(3)2

Neraca energi :

1

2(3)

2 + (9,806)(30) + 83,65(3)2 = 0

84,15(3)2 = 294,18

(3)2 = 3,5

3 = 1,87

3 =3.

3 = 1,87. 1,26. 1033

3 = 2,36. 1033

3 = 2,36. 103.

103

160

3 = 141,6

a. Laju volumetric

Titik 2 = 111,6

Titik 3 = 141,6

b. Asumsi : - Turbulen

- Friction factor = 0,01

= 0,01

=

4,6.105

4.102= 1,15. 103 = 0,0015

>

=..

4,5103 =997,08.4.102.

0,8937.103

=4,02

39,9= 0,1 >

= 4

.2

2 = 4

.2

2

= 4(0,01).160

4.102.102

2 = 4(0,01).

160

4.102.1,872

2

= 0,8 > = 279,75

>

# asumsi belum tepat, karena perhitungan friction loss pada pipa harus menggunakan V

asumsi dengan perhitungan berbeda, maka diperlukan asumsi lain.

SOAL MEKANIKA FLUIDA DAN PARTIKEL

1. Perhatikan gambar berikut:

Jika tekanan di A (permukaan fluida dalam tangki) 2 psi lebih besar dari

tekanan di B (center dari pipa), hitung sudut kemiringan !

Jawab:

Data dari soal:

SG = 0,7. Maka = 0,7 (1000 kg/m3) = 700 kg/m

3

Ketinggian air pada tangki = 1 ft

Panjang pipa miring = 10 ft

= + 2

= +

= 2 = 13789,15

=13789,15

700

3 (9,8 2 )

= 2,01

Dengan menggunakan hubungan trigonometri:

sin =

sin =2,01 + 0,3048

3,048 = 0,760

= 49,42

2. The system shown in the figure is used to measure the density of the

fluid in the tank. Compressed nitrogen bubbles at very low rate

through dip tubes. The flow of the gas is slow that the gas in the dip

tubes may be considered as static fluid. The manometer fluid is

mercury (SG = 13,6) and the nitrogen density is 1,2 kg/m3. What is the

density of fluid in the tank? If N2 is neglected, calculate the % error?

Jawab:

Data dari soal:

SG = 13,6. Maka = 13,6 (1000 kg/m3) = 13600 kg/m

3

Delta tinggi manometer = 0,075 m

Delta tinggi titik A dan B = 1 m

Meninjau manometer:

1 = 1

1 = 2 +

Meninjau tangki:

=

= +

Dari rangkaian aliran nitrogen, didapatkan bahwa:

1 =

2 =

Sehingga:

2 + = +

=

13600(0,075) = (1)

= 1020

3

Menghilangkan efek N2:

( 2 ) = ( 2 )

=( 2 )

+ 2

=(13600 1,2)0,075

1+ 1,2

= 1021,11

3

% = |1021,11 1020|

1020= 0,1%

3. Housing complex get its water supply from lake. First, water is

pumped from the lake to the reservoir on the top of the hill. (200 ft

high from lake surface) at flowrate of 500 ft3/min through the pipe 4

in diameter (roughness /D = 0,0006, length 250 ft). Calculate the

power required by pump if efficiency of the pump is 75%. Calculate

the pressure difference between suction and discharge of the pump.

Jawab:

Data dari soal:

Tinggi dari reservoir ke lake = 200 ft = 60,96 m

Q = 500 ft3/min = 0,236 m3/s

/D = 0,0006

Diameter pipa = 4 in = 0,1016 m

Panjang ekivalen pipa = 250 ft = 76,2 m

Data lainnya yang harus diketahui:

Viskositas air = 0,001 kg/m.s

Menghitung power dari pompa:

Gunakan persamaan Bernouli dengan asumsi sebagai berikut:

Tidak ada perubahan kecepatan fluida selama proses (diameter pipa tetap)

Peninjauan dilakukan terhadap sistem sepanjang danau-reservoir

(

+ +

2

2) =

+ =

+ =

=

Menghitung energi yang hilang karena friksi (F):

=

=

=

10000,236

0,25(0,1016)(0,1016)(3,14)(0,1016)

0,001

= 2,96 106

Lihat Moody Diagram. Berdasarkan grafik untuk nilai kekasaran dan Re tersebut.

Nilai faktor friksi f = 0,0175

=42

2=

4(0,0175)(76,2) (0,236

0,25(0,1016)(0,1016)(3,14))

2(0,1016)

= 764,51

=

= 764,51

= 764,51(1000)(0,236)

= 180424,36

Karena efisiensi pompa = 75%, maka:

=

=

180424,36

0,75= 240565,81

Menghitung beda tekanan pada suction dan discharge pompa

Gunakan persamaan Bernouli dengan asumsi sebagai berikut:

Peninjauan dilakukan terhadap sistem di dalam pompa (antara suction dan

discharge pada pompa):

o Asumsi tidak ada friksi sepanjang sistem

o Kecepatan konstan

o Tidak ada perubahan ketinggian

(

+ +

2

2) =

=

=

= 764,51(1000)

= 764510

4. Sebuah pompa sentrifugal digunakan untuk memompa minyak

mentah (SG = 0,85). Tekanan inlet dari pompa adalah sebesar 200 psi.

Apabila pompa memiliki spesifikasi berupa diameter impeller = 2

inch dan pompa akan diputar pada kecepatan 3000 rpm, tentukan

tekanan outlet dari pompa.

Jawab:

Data dari soal:

SG = 0,85. Maka = 0,85 (1000 kg/m3) = 850 kg/m

3

P1 = 200 psi = 1378951,4 Pa

D = 2 in = 5,08 x 10-2 m

Kecepatan impeller = 3000 rpm = 500 rad/s

Gunakan persamaan Bernouli dengan asumsi sebagai berikut:

Peninjauan dilakukan terhadap sistem sepanjang inlet-outlet pompa

Tidak ada friksi sepanjang sistem

Fluida diawal diam

(

+ +

2

2) =

22 1

2

2=

1 2

(kecepatan awal fluida = 0)

()2

2=

1 2

2 = (1

()2

2) = (

1378951,4

850

(500(2,54 102))2

2) 850

2 = 1310403,15

5. Perhatikan gambar berikut:

Hitung laju alir udara maksimum yang dapat diukur oleh manometer (fluida

di dalam manometer adalah merkuri dengan SG = 13,6).

Jawab:

Gunakan persamaan Bernouli dengan asumsi sebagai berikut:

Tidak ada perubahan ketinggian pada titik ukur di orifice

Tidak ada kerja yang dilakukan oleh fluida

Tidak ada friksi

(

+ +

2

2) =

2 1

+2

2 12

2= 0

1 2

=2

2 12

2

Tinjau manometer dalam keadaan batas:

1 = 1 = 2 +

1 2 =

=

22 1

2

2

=

(2

)2

(1

)2

2

2

= (

2)

2

(

1)

2

2() = (

2)

2

(

1)

2

2(13,6)(9,8)(0,127) =2

0,093

2

0,465

33,85 =0,3722

0,043

= 1,98 3

6. Sebuah nossel kerucut dipasangkan pada bagian ujung keran seperti

berikut:

Jika laju alir air adalah 0,6 l/s (6 x 10-4

m3/s) , massa nozzle 0,1 kg, diameter

sisi masuk dan keliar masin-masing 16 mm dan 5 mm. Sumbu nozzel vertikal

dan jarak aksial antara bagian (1) dan (2) adalah 30 mm. Tekanan pada

lokasi (1) adalah 464 kPa. Tentukan gaya penahan yang dibutuhkan untuk

memegang tempatnya. Asumsi fluida yang melewati nozzle adalah air

dengan densitas 999 kg/m3

Jawab:

Algoritma penyelesaian soal:

Membuat volume kontrol

Menentukan sistem koordinat

Menghtiung gaya-gaya yangbekerja pada sistem

Menghitung resultan gaya

Volume kontrol yang digunakan untuk sistem seperti pada soal adalah kerucut

pada nozzle. Sistem koordinat yang digunakan hanya koordinat z karena gaya

yang dihasilkan hanya berada pada arah koordinat ini. Dari pernyataan-pernyataan

ini, maka:

= 11 22 +

= 11 22 + + + 11 22

= (1 2) + + + 11 22

(laju alir massa sama)

Untuk mempermudah perhitungan resultan gaya (FAz), ditinjau komponen-

komponen yang dar gaya tersebut:

Menghitung gaya akibat aliran fluida:

= = 999(6 104) = 0,599

1 =

1=

6 104

(0,25)(3,14)(16 103)2= 2,98

2 =

2=

6 104

(0,25)(3,14)(5 103)2= 30,6

(1 2) = 0,599(2,98 30,6) = 16,5

Menghitung gaya akibat berat nozzle: W = mg

= = 0,1(9,8) = 0,981

Menghitung gaya akibat air di dalam nozzle:

= = 1

12(1

2 + 22 + 12)

= 9991

12(0,03)((0,016)2 + (0,005)2 + (0,016)(0,005))9,81

= 0,0278

Menghitung tekanan terukur pada bagian (1):

11 = 464000(0,25)(3,14)(16 103)2 = 93,3

Menghitung tekanan terukur pada bagian (2): pada dasarnya tekanan terkukur

pada bagian (2) adalah nol. Hal ini disebabkan oleh aliran subosonik yang

mengalir keluar ke atmosfer dalam situasi seperti ini menyebabkan tekanan

keluarnya pada dasarnya adalah tekanan atmosfer.

Menghitung resultan gaya:

= 16,5 + 0,981 + 0,0278 + 93,3 0 = 77,8

Hal ini berarti gaya sebesar 77,8 N kearah +z dibutuhkan untuk menahan nozzle.

7. Terdapat pipa yang dipasang seperti pada gambar berikut:

Air dengan laju alir 100 lb/s akan mengalir melewati rangkaian pipa

tersebut. Tekanan terukur pada inlet dan outlet masing-masing adalah 69 Pa

dan 70 Pa. Diameter pipa inlet adalah sebesar 12 in dan diameter pipa outlet

adalah 24 in. Tentukan besarnya gaya dan arahnya yang dibutuhkan untu

menahan pipa tersebut agar tidak terjadi failure. Diasumsikan junction tidak

memiliki berat dan gaya akibat berat air diabaikan.

Jawab:

Data dari soal:

m = 100 lb/s = 45,36 kg/s

P1 = 69 Pa

P2 = 70 Pa

D1 = 12 in = 0,3048 m

D2 = 24 in = 0,6096 m

Algoritma penyelesaian soal:

Membuat volume kontrol

Menentukan sistem koordinat

Menghtiung gaya-gaya yangbekerja pada sistem

Menghitung resultan gaya

Volume kontrol yang digunakan adalah pada junction karena pada daerah inilah

terdapat akumulasi gaya yang dapat menyebabkan failure. Sistem koordinat:

vertikal = y ; horizontal = x

Gaya pada arah vertikal:

= 11 22 +

= (1 2) + 11 22

= 45,36 (11

0) + 691

4(3,14)1

2 0

= 45,36 (

14

(3,14)12

) + 691

4(3,14)1

2

= 45,36 (

45,361000

14

(3,14)(0,3048)2) + 69

1

4(3,14)(0,3048)2

= 33,25

Gaya pada arah horizontal:

= 11 22 +

= (1 2) + 11 22

= 45,36 (0 22

) + 0 701

4(3,14)2

2

= 45,36 (

14

(3,14)22

) 701

4(3,14)2

2

= 45,36 (

45,361000

14

(3,14)(0,6096)2) 70

1

4(3,14)(0,6096)2

= 27,47

Menentukan arah gaya resultan:

tan =33,25

27,47

= 50

Menentukan besar gaya resultan:

2 =

2 + 2 2 cos

2 = (27,47)2 + (33,25)2 2(27,47)(33,25) cos 50

= 26,19

Sehingga, butuh gaya minimal sebesar 26,19 N untuk menahan gaya yang

disebabkan oleh aliran air (arah berlawanan dari gaya resultan)

SOAL PERPINDAHAN KALOR

Soal HE

Dalam sebuah penukar kalor aliran silang tabung bersirip digunakan gas buang panas untuk

memanaskan 2,5 kg/dt air dari 35C menjadi 85C. Gas panas tersebut dengan cp = 1,09

kJ/kg.K masuk pada suhu 200C dan keluar pada 93C. Koefisien perpindahan kalor

menyeluruh ialah 180 W/m2.K.

a. Hitunglah luas penukar kalor dengan menggunakan metoda NTU-efektivitas.

b. Dapatkan metode LMTD digunakan untuk menentukan luas permukaan pada

soal di atas?

c. Bagaimana anda mengindikasikan penurunan kinerja alat penukar kalor

sebagai akibat dari adanya pengotoran (fouling)?

Soal Radiasi

termos bagian dalam termos bagian luar

(air panas) (udara)

dinding berwarna perak

Skema dinding termos

Diketahui suhu air panas di dalam termos 100C, suhu udara 20C, dan emisivitas dinding

berwarna perak = 0,02.

a. Hitunglah besarnya kalor yang dipancarkan dari dinding termos bagian dalam ke

bagian luar.

b. Apakah skema dinding termos seperti gambar tersebut dapat berfungsi baik sebagai

insulator?

Soal Bioenergetika

a. Pada sistim Biologis energi yang dihasilkan, sedikit sekali yang dalam bentuk panas.

Sebagian besar dalam bentuk senyawa kaya energi. Bagaimana pedapat anda akan hal

ini?

b. Mengapa dalam reaksi biokimia diperlukan enzim selama prosesnya? Apakah

keberadaan enzim tersebut mengubah nilai G proses?

PEMBAHASAN SOAL PERPINDAHAN KALOR

Soal Bioenergetika

a. Pada system biologis, energy yang dihasilkan sedikit sekali yang dalam bentuk panas.

Sebagian besar berbentuk senyawa kaya energy seperti adenosine triphosphate (ATP),

adenosine diphosphate (ADP), guanosine triphosphate (ATP), guanosine diphosphate

(GTP), tiol ester dsb. Hal ini dikarenakan pada system biologis, panas yang

dibutuhkan tidak terlalu tinggi ataupun terlalu rendah. Panas yang dibutuhkan

cenderung stabil dan tidak mengalami perubahan yang signifikan. Panas yang terlalu

tinggi justru akan mendenaturasi protein dalam system biologi, bahkan dapat

mematikan sel itu sendiri. Selain itu, panas yang tinggi akan mempercepat seluruh

reaksi, bukan hanya reaksi yang dibutuhkan. Energy yang dibutuhkan dalam system

biologis disalurkan dari satu proses ke proses lainnya melalui perpindahan gugus

fosfat organik. Senyawa organofosfat memiliki ikatan fosfoanhidrida, di mana

fosfoanhidrida memiliki energi yang tinggi. Namun, senyawa tersebut memiliki ikatan

yang lemah, sehingga mudah melepaskan energi bebas yang tinggi ketika mengalami

hidrolisis.

b. Dalam reaksi biokimia diperlukan enzim selama prosesnya. Enzim merupakan

makromolekul yang berperan sebagai katalis, sebuah zat kimia yang mempercepat

reaksi tanpa ikut bereaksi. Enzim akan menurunkan energy aktivasi (EA) dari reaksi

biokimia. Energy aktivasi merupakan deposit energy awal yang dibutuhkan agar

terjadi sebuah reaksi. Energy aktivasi juga dapat dikatakan sebagai jumlah energy

yang dibutuhkan untuk mendorong reaktan melalui batas energy (energy barrier).

Gambar 1. Efek enzim terhadap energy aktivasi (Campbell and Reece, Biology 8th

edition : 153)

Dengan menurunnya batas energy aktivasi, maka molekul reaktan dapat menyerap

cukup energy untuk mencapai keadaan transisi walaupun hanya pada suhu moderat

(tidak terlalu tinggi, tidak terlalu rendah).

Enzim tidak mengubah nilai energy bebas (G), dengan demikian enzim

tidak dapat mengubah reakis endergonik menjadi eksergonik. Enzim hanya

mempercepat berlangsungnya reaksi yang akan muncul, bukan reaksi yang tidak

mungkin terjadi.

Sukrase

SOAL REKAYASA BIOKIMIA

1. Persamaan kecepatan reaksi: 3

4 A + 2 B 3 C dapat dinyatakan sebagai:

-rA = k CA CB

a. Tuliskan persamaan kinetika yang menyatakan kecepatan konsumsi B dan

kecepatan pembentukan C.

b. Berapakah orde reaksi tersebut dan tentukan satuan konstanta kecepatan

reaksinya.

2.

Pada suhu ruang sukrose dapat terhidrolisis secara enzimatik, menggunakan enzim

sukrase, menurut reaksi: sukrose produk. Dengan konsentrasi sukrose awal C A0 =

1,0 mmol/L dan konsentrasi enzim awal CE0 = 0.01 mmol/L, data-data kinetika berikut ini

diperoleh melalui sebah eksperimen menggunakan sebuah reaktor batch bervolume-

tetap:

Jika reaksi enzimatik dapat dianggap mengikuti model persamaan kinetika Michaelis-

Menten:

-rA = K3CE0 CA , dengan CM = konstanta Michaelis,

CA + CM

Evaluasilah harga konstanta-konstanta k3 dan CM dengan menggunakan metode

integral

3. Cairan A terdekomposisi melalui kinetika reaksi berorde-satu. Dalam sebuah reaktor

batch, 50% A terkonversi dalam waktu 5 menit. Berapakah waktu yang diperlukan agar

konversi A mencapai 75%? Ulangi soal ini jika kinetika reaksi tersebut berorde-dua!

CA,

mmol/L

0,84 0,68 0,53 0,38 0,27 0,16 0,09 0,04 0,018 0,006 0.0025

t, jam 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11