Soal Kuis Termodinamika

Google Image- Quis I Termodinamika Teknik II (Cover)

Quis I – Termodinamika Teknik II : Kamis 7 Maret 2019 – Waktu 60 Menit Dosen: Ir. Herry Wardono, M.Sc ; BUKA TABLE A-1,1-2 & A-17 dan FIGURE A-15a & A-15b

1. a). Apa yang dimaksud dengan Gas Ideal dan Gas Ril, Berikan Contohnya!
b). Benzene, C₆H₆ memiliki temperature 510 °C dan Tekanan 5,9 MPa. Apakah benzene pada kondisi ini merupakan gas ideal atau tidak? Berikan juga alasannya
c). Gas Propane, C₃H₈ bertemperatur 750 K dan Tekanan 7,3 MPa. Apakah gas propane pada kondisi ini merupakan gas ideal atau tidak? Berikan juga alasannya! (Bonus =10)

2. Tekntukan Volume dari 29 kg Propylene,C₃H₆ pada temperature 120 °C dan tekanan 2,73 MPa menggunakan faktor koreksi kompresibilitas (Z)!

3. Sebuah siklus Otto ideal memiliki rasio kompresi = 10. Diawal Lngkah kompresi, udara memiliki tekanan 100 kPa dan temperature 29 °C, dan panas Sebesar 850 kJ/kg ditansfer ke udara selama proses penambahan panas volume konstan. Mempertimbangkan variasi panas spesifik udara terhadap temperature,tentukan:
a). Temperatur dan tekanan maksimum yang terjadi selama siklus tersebut
b).Kerja bersih
c.) Efisiensi Termal
d). Tekanan Efektif rata-rata siklus tersebut.

Catatan: Tunjukkan cara mendapatkan nilai Critical Point pada Table A-1, dan Gambarkan cara mendapatkan nilai Z pada FIGURE A-15a & A-15b!

Langkah Awal kita siapkan terlebih dahulu Table A-1, A-17 dan Grafik A-15a & A-15b
Mari kita Jawab.

JAWABAN :
1. a). Gas Ideal adalah gas teoritis yang terdiri dari partikel-partikel titik yang bergerak secara acak dan tidak saling berinteraksi dapat juga di sebut gas yang berkerja pada tekanan dan suhu kamar.Contoh : Udara bertekanan 1 Atm dan Bertemperatur 29 °C
Gas Ril adalah gas yang bersifat menyimpang dari gas ideal partikel-partikel-nya bergerak secara acak dan saling berinteraksi terdapat gaya tarik menarik anatar molekul-molekulnya jika tekanan diperbesar atau volume diperkecil. Contoh : Gas methane,CH₄ Pada Temperatur 15 °C dan Tekanan 6,5 MPa.

b). Diketahui : Benzene C₆H₆ Memiliki
T = 510 + 273 = 783 K (Temperatur)
P = 5,9 MPa (Tekanan)
Pada Table A-1 diketahui Benzene Memiliki
Tcr =562 K (Temperatur kritis)
Pcr =4,92 MPa (Tekanan Kritis)
Maka akan kita ketahui nilai Pr dan Tr menggunakan rumus Tr = T / Tcr dan Pr = P / Pcr.
Pr = P / Pcr
Pr = 5,9 MPa / 4,93 MPa
Pr = 1,19
Dan
Tr = T / Tcr
Tr = 783 K / 562 K
Tr = 1,39
Karena nilai Pr -nya tidak memenuhi dari syarat gas ideal yaitu:
Reduced Preassure-nya (Pr) jauh di bawah 1 (Pr = 1<<<<)
Maka Benzene adalah Bukan Gas Ideal

c). Diketahui : Propane C₃H₈ Memiliki
T = 750 + 273 = 1023 K (Temperatur)
P = 7,3 MPa (Tekanan)
Pada Table A-1 diketahui Benzene Memiliki
Tcr =370 K (Temperatur kritis)
Pcr =4,26 MPa (Tekanan Kritis)
Maka akan kita ketahui nilai Pr dan Tr menggunakan rumus Tr = T / Tcr dan Pr = P / Pcr.
Pr = P / Pcr
Pr = 7,3 MPa / 4,26 MPa
Pr = 1,71
Dan
Tr = T / Tcr
Tr = 1023 K / 370 K
Tr = 2,76
Karena nilai Tr -nya memenuhi dari syarat gas ideal yaitu:
“ Reduced Temperature-nya (Tr) sama dengan 2 (Tr = 2). Kecuali Pr = 1 maka Tr =2 tidak berlaku dan harus dilakukan pengecekan dengan faktor kompresibel ( Z ).” Krena nilai Pr = 1 maka dilakukan pengecekan dengan Grafik faktor koreksi kompresibilitas (Z), Dari Grafik kompresibilitas di dapatkan nilai Z = 1 karena nilai Z-nya adalah 1 maka Propane adalah Gas Ideal

2. Diketahui : Gas Propane
Temperatur (T) = 120 + 273 = 393 K
Tekanan (P) = 2,73 MPa = 2730 kPa
Massa (M) = 24 Kg
Gas Konstan (R) = 0,1976 Dari Table A-1 Gas Propylene (C₃H ₆)
Pada Tabel A-1 diketahui Gas Propylene (C₃H₆) Temperatur Kritisnya (Tcr) = 365 K dan Tekanan Kritisnya (Pr) = 4,62 MPa dan Gas konstan-nya (R) = 0.1976
Penyelesaian :
Langkah 1. Tentukan nilai Faktor koreksi Kompresibilitasnya (Z)
Pr = P / Pcr
Pr = 2,73 MPa / 4,62 Mpa
Pr = 0,59 (Reduced Preassure)
Tr = T / Tcr
Tr = 393 K / 365 K
Tr = 1,07 (Reduced Temperature)
Diketahui nilai Pr = 0,59 dan Tr = 1,07 maka kita tentukan nilai Z denga menggunakan Grafik kompresibilitas Maka diketahui nilai Z = 1 Setelah nilai Z diketahui selanjutnya kita masukan kedalam persamaan P.V = Z . M . R . T
V = Z . M . R . T / P
V = (1 × 24 Kg × 0,1976 kJ/Kg.K × 393 K) ÷ 2730 kPa
V = 1863,76 ÷ 2730 kPa
V = 0,68 m³/Kg
volume dari 24 Kg Gas Propylene pada kondisi tersebut adalah 0,68 m³/Kg

3. Siklus Otto Ideal Diketahui :
r = 10 (Rasio kompresi)
Q_in = 850 kJ/Kg (Panas Masuk)
P = 100 kPa (Tekanan Awal)
T = 29 + 273 =302 K (Temperatur awal)
Kita mengetahui bahwa suhu awal T₁ = 302 K. Dengan menggunakan Table A-17 kita dapat mengetahui Vr (Volume spesifik relatif) dan U (Energi dalam)
Pada table A-17 T₁ = 302 K dari T₁ diperoleh :
U₁ = 215,51 Kj/Kg
V_r1 = 606,08
(Catatan: Gunakan interpolasi apabila ada selisi angka pada table A-17)

Proses 1-2 Proses Kompresi (Isentropik)
Untuk mendapatkan nilai Vr₂, T₂ dan U₂ menggunakan persamaan

Seletah diketahui nilaiVr₂. Dengan menggunakan Table A-17 kita dapat mengetahui nilai T₂ dan U₂ dengan nilai Vr ₂ = 60,60 diperoleh:
T₂ = 736,6 K (Temperatur pada titik 2 proses 1-2)
U₂ = 541,3 kJ/kg
Untuk mengetahui tekanan yang terjadi pada titik 2 maka kita cari nilai P₂ Dengan menggunakan Rumus Sebagai berikut:

Proses 2-3 Pembakaran (Volume konstan)
Untuk mengetahui nilai Vr₃ , T₃ dan U₃ maka digunakan rumus sebagai berikut
Q_in = U₃ – U₂
U₃ = Q_in + U₂
U₃ = 850 kJ/kg + 541,3 kJ/kg
U₃ = 1391,3 kJ/kg setelah diketahui nilai U₃. Tentukan nilai Vr₃ dan T₃ dengan menggunakan Table A-17. Maka diketahui nilai
Vr₃ = 4,771
T₃ = 1698,5 K
Untuk mengetahui tekanan yang terjadi pada titik 3 maka kita cari nilai P₃ Dengan menggunakan Rumus Sebagai berikut

Proses 3-4 Ekspansi (Isentropik)
Untuk mengetahui nilai Vr₄ , T₄ dan U₄ maka digunakan rumus sebagai berikut

Setelah diketahui nilai Vr₄, Kita ketahui nilai T₄ dan U₄ dengan menggunakan table A-17, dari table A-17 diketahui nilai T₄ = 802,05 K
U₄ = 593,97 kJ/kg
Proses 4-1 Proses buang volume konstan
Q_out = U₄ – U₁
Q_out = 593,97 – 215,51
Q_out = 378,46 kJ/kg
a). Temperatur dan tekanan maksimal yang terjadi pada siklus tersebut adalah
T₄ = 802,05 K (Temperatur Maksimal)
P₃ = 562,40 kPa atau 0.5 MPa (Tekanan Maksimal)

b). Kerja Bersih
W_net = Q_in - Q_out
W_net = 850 kJ/kg – 378,46 kJ/kg
W_net = 471,54 kJ/kg

c). Efisiensi Termal
ƞ_th =W_net / Q_in
ƞ_th =471,54 / 850
ƞ_th = 0,55 atau 55%

d). Tekanan Efektif Rata-rata Siklus tersebut (MEP)
MEP = W_net / (V₁ – V₂) (catatan: V ₁ = R.T₁ / P₁)
MEP = 471,54 / (0,866 . (1- (1/10))
MEP = 605,31 kPa

Demikian Penjabaran yang kami berikan mengenai Soal Quis 1 termodinamika teknik II
Selengkapnya tentang Termodinamika kunjungi : www.mechengunila.com