TERMODINAMIKASoal-Soal Properti Zat-Zat Murni

Kelompok : 1. Hilmalia Ulfah (06121411007) 2. Banu Rambang (06121411008) 3. Bayu Pranata (06121411009) 4. Karina Eka Putri (06121411011) 5. Engkun Permata Sari (06121411012) 6. Febrianto Putra (06121411013)

Program Studi Pendidikan FisikaFakultas Keguruan Dan Ilmu PendidikanUniversitas Sriwijaya2014

2.12 Hitunglah volume spesifik untuk situasi-situasi berikut: (a) air pada 200C, kualitas 80%; (b) R134a pada -40C, kualitas 90%.Penyelesaian(a) Gunakan Tabel C-1 untuk menentukan nilai-nilai yang tepat dengan T=200C.vf= 0,001156 m3/kgvg = 0,1274 m3/kgx = 0,8Jadi, v = vf + x(vg vf) = 0,1022 m3/kg.(b) Gunakan Tabel D-1 R134a untuk menentukan nilai-nilai yang tepat dengan T = -40C.vf =0,7055vg =0,3569x=0,9Jadi, v = vf + x(vg vf) = 0,3 m3/kg.2.13 Jika kualitas dari setiap zat berikut 80%, hitunglah volume spesifiknya: (a) Air pada 500 psia dan (b) R134a pada 80 psia.Penyelesaianx = 0,8(a) Gunakan Tabel C-1E untuk menentukan nilai-nilai yang tepat dengan tekanan 500 psia.v =vf + x(vg vf) = (0,019748)+(0,8)(0,9283 0,019748) = 0,7466 ft3/lbm.(b) Gunakan Tabel D-2E untuk menentukan nilai-nilai yang tepat dengan tekanan 80 psia.v =vf + x(vg vf) = (0,01302)+(0,8)(0,5938 0,01302) = 0,477 ft3/lbm.2.14 Lima kilogram uap mengisi volume 10 m3. Tentukanlah kualitas dan tekanannya jika temperaturenya terukur sebesar (a) 40C dan (b) 86C.Penyelesaianm = 5 kgV = 10 m3v = (volume spesifik)

(a) Gunakan Tabel C-1 untuk menentukan nilai-nilai yang tepat dengan T = 40C.v =vf + x(vg vf) 2 = (0,001008)+ x(19,52 0,001008)x = 0,1024p = 0,007383 MPa = 7,383 kPa.

(b) Gunakan Tabel C-1 untuk menentukan nilai-nilai yang tepat dengan T = 86C.v =vf + x(vg vf) 2 = (0,001033) + x(2,732 0,001033)x = 0,7312p = 0,0603MPa = 60,3 kPa.2.15 Tentukanlah volume final dari suatu campuran air dan uap jika 3 kg air dipanaskan pada tekanan konstan hingga mencapai kualitas 60 persen. Tekanannya adalah (a) 25 kPa dan (b) 270 kPaPenyelesaianmair = 3 kgtekanankonstanx = 60% = 0,6

(a) 25 kPa = 0,025 MPa.Gunakan Tabel C-2 untuk menentukan nilai-nilai yang tepat pada tekanan 25 kPa kita telah melakukan interpolasi linier antara 0,02 dan 0,03 MPa. Ini menghasilkan,vg= =(vf =0,0010 (diambil karena pada tekanan 0,02 dan 0,03 MPa vf memiliki empat angka desimal yang sama dibelakang koma).Selanjutnya kita mencari,v =vf + x(vg vf) =0,0010+(0,6)(6,439-0,0010) = 3,86Dengan demikian, volume finalnya adalah V = mv = (3)(3,86) = 11,6 m3.

(b) 270 kPa = 0,27MPa.Gunakan Tabel C-2 untuk menentukan nilai-nilai yang tepat pada tekanan 270 kPa kita telah melakukan interpolasi linier antara 0,2 dan 0,3 MPa. Ini menghasilkan,vg = =(vf =0,0010 (diambil karena pada tekanan 0,2 dan 0,3 MPa vf memiliki empat angka desimal yang sama dibelakang koma).Selanjutnya kita mencari,v =vf + x(vg vf) =0,0010+(0,6)(-0,0010) = 0,414Dengan demikian, volume finalnya adalah V = mv = (3)(0,414) = 1,24 m3.

2.16 Dua kilogram air jenuh pada 125 kPa diuapkan seluruhnya. Hitunglah volume : (a) sebelum dan (b) sesudah.

PenyelesaianDik : m = 2kg P = 125 kPa = 0,125 mPaDit : (a) V1.....? (b) V2.......?Jawab : (a) V1 = m.Vf = 2. 0,001047 = 0,0020 m2 (b) V2 =

2.17 Temperatur 10 pon air dijaga konstan pada 2050F. Tekanan dikurangi dari nilai yang sangat tinggi hingga menguap seluruhnya. Tentukanlah volume akhir dari uap.

PenyelesaianDik :

2.18 Suatu tangki yang kokoh dengan volume 10 m3 berisi campuran air-uap pada 400 kPa. Jika kualitasnya adalah 60 , tentukanlah masanya, tekanan dikurangi hingga 300 kPa dengan cara mendinginkan tangki, hitung mg dan mf.

PenyelesaianDik :V = 10 m3 (volume Spesifik tidak berubah)P = 400 kPa = 0,4 mPaX = 60 %Dit : Tentukan Massa ? mg ? mf?Jawab ; V = Vf + x(Vg-Vf) = 0,001084 + (0,6) (0,4625 0,001084) = 0,001084 + 0,2768496 = 0,2779336 m3 /Kga) Mencari m ?m = = = 35,97981676 kg 35,98 kgb) Mencari mg ?Pertama, mencari volume Spsifik dari tabel C-2 Dik : P = 300 kPa = 0,3 Mpa Vf = 0,001073 Vg = 0,6058Dit : mg dan mf ?Jawab : cari Volume Spesifik v1 = Vf + x (Vg-Vf) = 0,001073 + (0,6)(0,6058-0,001073) = 0,001073 + 0,3628362 = 0,3639092 m3/kg

m = = = 27,479 kgMg = x(m) = (0,6) (27,479) = 16,48762933 kg 16,48 kg

Mf = m - Mg = 27,479 16, 48 = 10, 9 kg2.19 Uap dengan kualitas 0,85 mengisi suatu tangki kokoh pada tekanan 200 kPa. Kemudian kalor ditambahkan hingga temperatur mencapai (a) 4000C (b) 1400C. Tentukanlah tekanan akhirnya.PenyelesaianDiketahui:X = 0,85P = 200 kPa = 0,2 MpaDitanya:a. Pakhir pada T = 400 oC =...?b. Pakhir pada T = 140 oC =...?Jawab:a. Lihat tabel

b. Lihat tabel C-IE

2.20 Suatu tangki kokoh berisi air pada 4000F. Kalor ditambahkan swhingga air melewati titik kritisnya. Berapakah kualitasnya pada temperatur 4400F??

PenyelesaianDik : T = 400 FDit : x ......?Jawab : P = (400 300) + (300) P = 0,74 (100) + 300 = 374V = Vf + X(Vg-Vf)2,648 = 0,019 + X(1,1620 0,019)2,648 = 0,019 + X(0,143)2,648 = 0,019 + 1,143 XX = 0,43472.22Dua kilogram air berada dalam suatu rangkaian piston-silinder yang memiliki silinder bebas gesekan berdiameter 2m dan berbobot 16000 kg. Lihat gbr 2-1. Kalor ditambahkan hingga temperatur mencapai (a) 4000c, (b) 6500c dan (c) 1400c. Hitunglah volume akhirnya.

Penylesaian Dik : m = 2kg d = 2m m = 16000Kg T = 4000cDit : Jawab : P = Patm + = 100000 + = 149961,9197 Kpa = 0,149961,9997 0,15 Mpa v = 3,103 kg/m3 (tabel C-3) V = m.v = 2kg (3,103kg/m3) = 6,205 m3 Vg = (0,001051 0,001047) + (0,001047) Vg = 1,049 x 10-3 Vg = 0,001049 kg/m3V = m. VgV = 2kg (1,049 kg/m3 )V = 2,098 x 10-3 m32.24 Tentukanlah volume yang diisi oleh 10 kg air pada tekanan 10 Mpa dan temperatur a) 5oC, b) 200oC , C) 400 oC , d)800 oC, e) 1500 oC, f) -10 oCDik : m : 10 kg P = 10 Mpa = 10.000 kPa x 0,145 = 1450 Psia Mol = 18,02 x = 1,802Dit : a) V saat T = 50Cb) V saat T = 2000Cc) V saat T = 4000Cd) V saat T = 8000Ce) V saat T = 15000Cf) V saat T = -100CJawab :a) T = 50CV = m Vf = 10 (0,00145 kg/m3) = 0,0

b) T = 200oCLihat pada tabell untuk melihat Vf.V = m v = 10 (0,001148) = 0,01148 m3/ kg

c) T = 400oCLihat pada tabell untuk melihat Vf.V = m v = 10 (0,02641) = 0,2641 m3/ kg

d) T = 800oCLihat pada tabell untuk melihat Vf.V = m v = 10 (0,04859) = 0,4859 m3/ kge)

2.28(a) jika diasumsikan bahwa temperatur atmosfer diberikan melalui T = 15-0,00651 z0C, Tentukanlah tekanan pada ketinggan 10km. Gunakan P = 101kPa pada permukaan bumi. (b) bandingkanlah hasil dari (a) dengan nilai terukur 26,5kPa dengan cara menghitung persentase kesalahannya.

PenyelesaianDik : T = 15 0,0065120C h = 10Km = 10000mDit : a. P b. Pa : P (P= 26,5 KpaJawab :a. P = 287 rhoT = ( = 29,3 Tdp = - dzdp = - = - = = = [5,24 ] = 0 = [5,24 ) = 28,33 = 28,33 29,67 = -1,34P = (101) ()P = 26,44 26,5 Kpab. Persentase : x 100 = -0,73

2.30suatu tangki kokoh 4 m3 berisi nitrogen pada tekanan 4200 kPa. Tentukanlah masanya jika temperaturnya adalah (a) 300c dan (b) -1200c.

PenyelesaianDik : Vtangki = 4m3 Nitrogen P = 4200 kPa R = 0,2968 kj/kg.K

Dit : a) m jika T = 30oC? 30 + 273 = 303 Kb) m jika T = -120oC? -120 + 273 = 153 KJawab :a) Jika T = 303 K

= = 186, 81 Kgb) Jika T = 153 K

= = = 369,95 Kg

2.31 Estimasikanlah tekanan nitrogen pada temperatur 220 K dan volume spesifik 0,04m3/kg dengan menggunakan (a) persamaan ideal gas, (b) persamaan van der waals, (c) persamaan redlich-kwong dan (d) faktor kompresibilitasPenyelesaianDiketahui:T = 220 KV = 0,04 m3/kg Ditanya:P =...?Jawab:a. Jadi:

b. Lihat tabel B-8

c.

2.32 Sepuluh kilogram uap 6000C berada dalam tangki 182 liter. Tentukanlah tekanannya dengan menggunakan (a) persamaan gas ideal, (b) persamaan van der walls, (c) persamaan redlich-kwong, (d) faktor kompresibilitas, (e) tabel-tabel uap.

PenyelesaianDik : R = 0,462 T = 873 V = 0,0182Dit : a. P......? b. P....? c. P.....?Jawab : a. PV = RT

P = = = = 22160,76 KPa = 22,16 Mpa

b. P = - = = = 24429,2 5145,01 = 19284,19 kPa = 19,3 Mpac. P = -

= -

= 23683,26 0,01039 = 23683,249 kPa = 23,68 MPa d.

d. t0C = 6000CTf = Tc + 32 = Tc + 32 = (600) + 32 = 270 + 32 = 3020FP = 70 Psia2.33 Uap pada 300C memiliki densitas 7,0 kg/m3. Tentukanlah tekanannya dengan mengunakan (a) persamaan gas ideal, (b) persamaan van der Waals, (c) persamaan Redlich-Kwong, (d) faktor kompresibilitas dan (e) tabel-tabel uap.

Penyelesaian

Ruap = 0,4615 kJ/Kg.K (diperolehdariTabel B-2)

(a) Dengan menggunakan persamaan gas ideal, P = RT = (7)(0,4615)(573) = 1851 kPa.(b) Dengan menggunakan nilai-nilai untuk a dan b dariTabel B-8, persamaan van der Waals menghasilkan = 1790 kPa. ()(c) Dengan menggunakan nilai-nilai untuk a dan b dari Tabel B-8, persamaan Redlich-Kwong menghasilkan = 1777 kPa.(d) Gunakan Gbr. G-1 dalam apendiks, sehingga memperolehP = (e) Tabel uap memberikan nilai yang paling akurat untuk tekanan. Dengan menggunakan T = 300Cdan v = 0,1428 m3/kg, kita memperoleh P = 1771 kPa.

2.1 FE Perubahan fase dari cair ke uap desebut sebagai:(A) Penguapan(B) Kondesasi(C) Sublimasi(D) PencairanJawab : (A) Penguapan

2.2FETitik yang menghubungkan garis cairan jenuh dengan garis uap jenuh disebut :(A) Titik tripel(B) Titik Kritis(C) Titik Superheat(D) Titik Cairan TerkompresiJawab : (B) Titik Kritis2.3FE Tentukanlah volume yang diisioleh 4 kg uap pada 200C.(A) 0,04 m3(B) 0,104 m3(C) 0,410 m3(D) 4,10 m3

Penyelesaianx = 80% = 0,8Gunakan Tabel C-1v = vf + x(vg vf) =0,001156+(0,8)(0,1274-0,001156) = 0,1025 m3/kgDengan demikian, volumenya adalah V = mv = (4)(0,1025) = 0,410 m3 (C)

2.7FE Air pada kualitas 50% dipanaskan pada volume konstan dari P1 = 100kPa hingga T2 = 200C. Berapa nilai P2?

PenyelesaianDik, x = 0,5 T2 = 200C = 473 K P1 = 100 kPa = 0,1 MPa Ruap = 0,4615 kJ/kg.KDit, P2?JawabGunakan Tabel C-2 untuk mengetahui volume spesifik gas pada tekanan 0,1 Mpa dan Tabel B-2 untuk mengetahui nilai ketetapan gas.Vg = 1,694 m3/kgT2 = P2 =

2.9FE Tentukan kualitas dari campuran pada 120 C jika uap mengisi 1200 L dan cairan mengisi 2 L.

PenyelesaianDik : T = 120 Cvgas= 0,8919 m3/kgvfluida= 0,001060 m3/kgVgas = 1200 L = 1,2 m3Vfluida = 2 L = 0,02 m3 Vcampuran = 1,22 m3Dit : xJawab Mencari nilai m

Mencari v1

Dari hasil diatas kita dapat mencari nilai kualitas ( x )

v1 = vf + x(vg vf)0,38125 =0,001060+(x)(0,8919-0,001060) x = 0,42 x = 42 % (A)2.10FE Pilihlah diagram T-v yang tepat jika uap pada v1 = 0,005m3/kg dipanaskan hingga v2 = 0,5m3/kg sambil menjaga P = 500 kPa. Titik-titik yang ditunjukkan adalah keadaan 1 dan 2 di mana 1 terletak di sebelah kiri.

PenyelesaianJawaban (A)Berdasarkan diagram pad Gbr. 2-4 halaman 22, v1 itu harusnya berada di tengah, dan karena P konstan, jadi v2 meningkat searah dengan P. Diagram yang tepat yaitu diagram A, dimana v1 berada pada keadaan yang konstan kemudian dipanaskan sehinnga v2 meningkat.

2.12FE Hitunglah massa udara dalam sebuah ban dengan volume 0,2 m3 jika tekanan alat ukur adalah 280 kPa pada 25C.(A) 7,8 kg(B) 0,888 kg(C) 0,732 kg(D) 0,655 kg

Penyelesaian

v = 0,2 m3P = 280 + 100 = 380 kPa = 38x104 PaT = 25C + 273 = 298 K

Pv = mRTm = = (B)

2.13FE Massa nitrogen pada 150K dan 2MPa yang mengisi 0,2 m3adalah paling dekatdengan:(A) 10,2 kg(B) 8,89 kg(C) 6,23 kg(D) 2,13 kg

PenyelesaianV = 0,2 m3P = 2 MPa = 2000 kPaT = 150 Km?PV = mRT