-
Makalah Termodinamika
Pemicu II Neraca Energi Sistem Tunak
dan Tak Tunak
Disusun oleh:
Kelompok A
Angela Susanti / 1206247303
Gabriela Putri N. / 1206239983
Hana Julia / 1206202066
Rizky Ramadhan / 1206201920
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
DEPOK
2014
-
Halaman | 1
First Problem Internal energy and enthalpy are two
thermodynamics quantities or variables that are used in energy
balance 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. Explain how we could estimate
the isobaric heat capacity of methane as an ideal polyatomic gas
as a function of temperature from 300
to 800 K based on the equipartition principle. Plot the
theoritical 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. Do
you think it is reasonable to assume a
constant ideal gas heat capacity for the whole temperature
range? Explain.
Jawab :
Teorema ekuipartisi, atau yang disebut juga dengan ekuipartisi
energi,menyatakan bahwa setiap
derajat kebebasan yang muncul pada energi total memiliki nilai
rata-rata energi senilai 1 2 kBT pada
kesetimbangan termal dan menyumbang 1 2 kB ke dalam sistem
kapasitas panas. Dalam konteks ini,
kB merupakan konstanta Boltzmann dan T merupakan temperatur yang
dinyatakan dalam satuan
Kelvin. Teorema ini dihubungkan dengan molekul-molekul gas
monoatomik dan poliatomik.
Nilai energi dalam dari gas monoatomik ideal yang mengandung
sebanyak n partikel,
dinyatakan dengan 3 2 nkBT. Hal ini berarti bahwa setiap
partikel memiliki rata-rata 3
2 kBT unit
energi.Partikel monoatomik memiliki tiga derajat kebebasan
translasional, sesuai dengan gerakannya
dalam tiga dimesi. Partikel monoatomik tidak memilki derajat
kebebasan dari gerak rotasi ataupun
vibrasi.Oleh karena itu, energi dalam yang ditunjukkan untuk
setiap derajat kebebasan dari gas ideal
monoatomik adalah kBT.
Seperti yang tertera pada pernyataan diatas, untuk molekul yang
terdiri dari lebih dari satu atom,
maka terdapat tiga gerakan yang mungkin dimiliki molekul
tersebut. Perbedaan yang sangat signifikan
antara molekul monoatomik, diatomik, dan poliatomik adalah
perhitungan energi dalamnya. Energi
dalam dapat dinyatakan sebagai
= 1
2 =
1
2 ...(1)
dimana f adalah derajat kebebasan untuk setiap gerakan tersebut.
Maka, energi internal total dari
sistem dapat dinyatakan sebagai
= + + ..(2) Penentuan derajat kebebasan untuk masing masing
gerakan pada molekul dapat dipelajari
melalui contoh berikut :
1. Molekul Monoatomik Molekul monoatomik hanya memiliki satu
gerakan yang mungkin yaitu translasi pada sumbu
x,y, dan z. Molekul monoatomik memiliki derajat kebebasan
sebesar 3 (karena kedua gerakan
lain diabaikan). Persamaan energi dalam untuk molekul ini
adalah
=3
2..(3)
2. Molekul Poliatomik dengan Bentuk Linear Pada molekul
poliatomik bentuk linear, terdapat gerakan translasi pada arah
x,y,z sehingga
nilai derajat kebebasan untuk gerak translasi ini adalah:
doftrans = 3
Pada molekul ini, terdapat pula dua kemungkinan gerakan rotasi,
yaitu berimpitan dengan
ikatannya dan tegak lurus dengan ikatannya , sehingga nilai
derajat kebebasan untuk gerak rotasi
ini adalah:
dofrot = 2
Untuk gerak vibrasi, formula dari derajat kebebasannya adalah
:
dof = (3N 5) Berdasarkan ketiga gerakan tersebut, total energi
dalam untuk molekul poliatomik dengan bentuk
linear adalah :
= 3
2 + + 3 5
1
2 ..(4)
-
Halaman | 2
3. Molekul Poliatomik dengan Bentuk Non-Linear Pada molekul
poliatomik non-linear, terdapat kemungkinan gerak translasional
pada arah x,
y,dan z. Perbedaan antara molekul poliatomik linear dan
non-linear terletak pada kemungkinan
banyak gerak rotasinya.
Gambar 1. Ilustrasi molekul poliatomik non-linear
Apabila dilihat dari gambar diatas, terdapat tiga sumbu rotasi
pada molekul poliatomik non-
linear, yakni saat berimpitan dengan AB, berimpitan dengan BC,
dan saat tegak lurus dengan AB
dan BC. Oleh karena itu, nilai derajat kebebasan untuk gerak
rotasi ini adalah :
dofrot = 2
Selanjutnya, jumlah gerakan vibrasi dapat ditentukan dengan
formula :
dof = (3N 6) Berdasarkan ketiga gerakan tersebut, total energi
dalam untuk molekul poliatomik dengan bentuk
non- linear adalah :
= 3
2 + + 3 6
1
2 ..(5)
Gas Monoatomik
Untuk gas monoatomik, penentuan nilai kapasitas panas (cp) dapat
diperoleh melalui rumus :
= + R ..(6)
=3
2 ..(7)
U = T ..(8) Nilai cv bagi gas monoatomik ialah 3 2 R,
sehingga
= 3
2R + R =
5
2R ..(9)
Gas Poliatomik Linear
Untuk gas poliatomik linear, penentuan nilai kapasitas panas
(cp) dapat diperoleh melalui
persamaan (6), sedangkan energi dalamnya dapat diperoleh melalui
persamaan (4). Nilai cv bagi gas
monoatomik ialah 5 2 R, sehingga :
= 5
2R + R =
7
2R ..(10)
Gas Poliatomik Non-Linear
Untuk gas poliatomik linear, penentuan nilai kapasitas panas
(cp) dapat diperoleh melalui
persamaan (6), sedangkan energi dalamnya dapat diperoleh melalui
persamaan (5). Untuk CH4 sebagai
salah satu molekul poliatomik non-linear, jika terdapat 1 mol
CH4 maka nilai cv adalah :
= 3
2R +
3
2R + 3.5 6
1
2R = 7.5 R .(11)
= 15
2R + R =
17
2R ..(12)
Berdasarkan perhitungan ekuipartisi diperoleh nilai cp/R =
8,5.
Berdasarkan prinsip ekuipartisi energi, tampak bahwa pada
tekanan tetap, suatu molekul CH4
memiliki nilai kapasitas kalor tekanan tetap (cp) sebesar 8,5R.
Nilai tersebut dianggap konstan di
setiap suhu.
Menghitung Nilai Kapasitas Kalor Teoritis (pada Tekanan
Tetap)
Tabel 1. Kapasitas Kalor Isobarik Metana Teoritis
T (K) cp/R
300 8,512
350 9,049
-
Halaman | 3
Grafik 1. Kapasitas Kalor Isobarik Metana Teoritis
Menghitung Nilai Kapasitas Panas (cp) Berdasarkan Persamaan
Kapasitas Kalor Gas Ideal
Nilai cp dapat dihitung menggunakan persamaan
= + + 2 + 2 .(13)
dengan nilai T (temperatur) dalam satuan Kelvin. Nilai A, B, C,
dan D adalah konstanta yang berbeda
untuk masing masing gas dalam keadaan ideal.
Menghitung Kapasitas Kalor Metana dari 300-800 K Kapasitas kalor
metana untuk suhu 300 800 K dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan (13) serta konstanta-konstanta metana yang terdapat pada
Tabel C.1 (Van Ness, 1998).
Konstanta A,B,C, dan D yang diperoleh adalah sebagai berikut
:
A = 1,702
B = 9,081 x 10-3
C = -2,164 x 10-6
D = 0 Tabel 2. Kapasitas Kalor Isobarik Metana Berdasarkan
Persamaan Kapasitas Kalor Gas Ideal
400 9,656
450 10,336
500 11,048
550 11,755
600 12,451
650 13,124
700 13,774
750 14,401
800 15,002
T(K) cp/R
300 4,23154
350 4,61526
400 4,98816
y = 0,013x + 4,418
R = 0,999
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 200 400 600 800 1000
c p/R
(k
al/
mo
l K
)
Suhu (K)
Kapasitas Kalor Metana
Series1
Linear (Series1)
-
Halaman | 4
Grafik 2. Kapasitas Kalor Isobarik Metana Berdasarkan
Persamaan Kapasitas Kalor Gas Ideal
Jika dibandingkan, Grafik 1dan Grafik 2 memiliki kemiripan yang
menandakan bahwa
kapasitas kalor teoritis memiliki nilai yang hampir sama dengan
kapasitas kalor yang dihitung dengan
menggunakan persamaan kapasitas kalor gas ideal. Selain itu,
jika dihubungkan dengan cp dari prinsip
ekuipartisi energi, diketahui bahwa pada suhu dibawah 300 K,
molekul sudah dapat melakukan gerak
translasi. Pada suhu sekitar 450 K, molekul sudah melakukan
gerak rotasi, sedangkan pada suhu di
atas 800 K, molekul baru dapat melakukan gerak vibrasi.
Dengan demikian, kita tidak bisa mengasumsikan bahwa di setiap
temperatur nilai kapasitas
panas adalah konstan. Hal ini dikarenakan umumnya, pada setiap
senyawa, ketika temperaturnya
dinaikkan, maka nilai kapasitas panasnya pun akan naik seperti
yang terjadi pada gas diatomik
maupun poliatomik, sesuai dengan teorinya bahwa dengan
meningkatnya suhu maka kalor yang
diberikan akan terdistribusi menjadi gerakan, sehingga nilai
energi dalam akan bertambah.
Second Problem
Give examples of isobaric processes, isochoric, isothermal,
adiabatic, steady (steady-state), and
unsteady state using examples from everyday life. Also examples
of conduction, convection, and
radiation.
Jawab :
Isobarik Isobarik merupakan proses perubahan keadaan gas pada
tekanan yang konstan. Dalam
kehidupan sehari-hari biasanya sistem ini berinteraksi langsung
dengan tekanan atmosfer,
contohnya adalah pemanasan air tanpa tutup sebelum 100C dan
pemanasan pada balon udara.
450 5,35024
500 5,7015
550 6,04194
600 6,37156
650 6,69036
700 6,99834
750 7,2955
800 7,58184
y = 0,006x + 2,302
R = 0,998
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 200 400 600 800 1000
cp/R
(J
/mo
l)
T (K)
Kapasitas Kalor Metana
Series1
Linear (Series1)
-
Halaman | 5
Isokhorik Isokhorik merupakan proses perubahan keadaan gas pada
volume tetap. Dalam kehidupan
sehari-hari sistem ini berupa sistem yang ditutup secara rapat
tanpa ada volume yang dapat keluar-
masuk, contohnya adalah pemanasan gas pada ruang tertutup dan
panci presto.
Isotermal Isotermal merupakan proses perubahan keadaan gas pada
suhu tetap. Dalam kehidupan sehari-
hari proses ini merupakan sistem yang dijaga agar tidak ada suhu
yang dapat berpindah. Contohnya
adalah perebusan air kondisi saturation pada sistem yang
terbuka, tabung oksigen para penyelam,
dan kulkas.
Adiabatik Adiabatik merupakan proses tanpa perpindahan panas
diantara masing-masing sistemnya
ataupun lingkungannya. Sistem ini dijaga sedemikan sehingga
tidak terdapat perpindahan panas
yang keluar-masuk, contohnya adalah termos gas yang diisolasi
dalam silinder, proses pembakaran
dalam mesin mobil dan piston motor.
Aliran Steady-State Steady-state merupakan proses dimana
parameter aliran tidak berubah menurut waktu. Sistem
aliran ini tidak memiliki akumulasi yang menyebabkan aliran
bertambah ataupun berkurang
volumenya (dipengaruhi oleh waktu). Contoh dari aliran
steady-state adalah aliran pada pipa
dengan kecepatan yang konstan, aliran sungai tanpa hujan dan
aliran banjir, aliran air pada keran,
dan pengisian bak mandi dengan lubang.
Aliran Unsteady-State Unsteady-state merupakan proses aliran
dimana parameter aliran berubah menurut waktu.
Dalam sistem ini, terdapat akumulasi yang menyebabkan aliran
bertambah ataupun berkurang
volumenya seiring dengan perubahan waktu. Contoh dari aliran
unsteady-state adalah aliran pada
pipa yang dipompa, aliran sungai dengan hujan dan aliran banjir,
dan pengisian bak mandi.
Konduksi Konduksi merupakan proses perpindahan panas (panas
mengalir dari tempat yang suhunya
tinggi ke tempat yang suhunya lebih rendah) melalui media
penghantar panas. Contoh dalam
kehidupan sehari-hari adalah penggunaan panci logam pada saat
memasak, panasnya gelas pada
saat membuat minuman hangat atau panas, setrika listrik, dan
solder.
Konveksi Konveksi merupakan proses perpindahan panas yang
terjadi antara permukaan padat dengan
fluida yang mengalir disekitarnya. Contoh peristiwa konveksi
dalam kehidupan sehari-hari adalah
terjadinya angin darat dan laut, radiator mobil, dan pengering
rambut
Radiasi Radiasi merupakan perpindahan kalor yang terjadi karena
pancaran /sinar / radiasi gelombang
elektromagnetik tanpa memerlukan perantara. Contoh peristiwa
radiasi dalam kehidupan sehari-
hari adalah oven microwave, radiasi panas dari tungku perapian,
dan radiasi panas dari bola lampu
Third Problem
One needs to understand the concept of conservation of energy
and mass, in order to understand how a
calorimeter works. Read a paper on the development of a
calorimeter to measure heat capacity and
enthalpy of fluids (An automated flow calorimeter for the
determination of liquid and vapor isobaric
heat capacities: Test results for water and n-pentane, J.A.
Sandarusi, K.Mulia and V.F. Yesavage, Rev.
Sci. Instrum., 63, 2, (1992), 1810:1821). Read only the first
two pages of the paper and then starting
from the general formula of the first law of thermodynamics;
simplify. If you work in a systematic
way then you should obtain the first equation (equation 1) given
in the paper. State all of your
assumptions clearly. Apparently 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.
-
Halaman | 6
Jawab :
Hukum Pertama Termodinamika
Hukum Pertama Termodinamika menyatakan bahwa :
Meskipun energi terdapat dalam berbagai bentuk, jumlah energi
bersifat konstan, dan ketika salah satu bentuk energi menghilang,
energi akan timbul dalam bentuk lain secara bersamaan.
EnergiInput
EnergiOutput
= Akumulasi Energi
dalam Proses
Neraca Laju Energi
= + +
2
2+ +
2
2+ ...(14)
Bentuk kerja dapat dinyatakan dalam dua bentuk kontribusi.
Kontribusi pertama adalah kerja yang berhubungan dengan tekanan
fluida, di mana zat dimasukkan pada sisi masuk atau
dikeluarkan dari sisi keluar. Bentuk kontribusi lainnya
dinyatakan sebagai , termasuk semua pengaruh kerja lainnya, seperti
pengaruh yang berhubungan dengan putaran poros, pergeseran
batas,
listrik, magnetik, dan akibat tegangan permukaan.
Laju perpindahan energi melalui kerja dapat dinyatakan sebagai
perkalian dari gaya dengan
kecepatan titik di mana gaya tersebut bekerja. Dengan demikian,
laju dimana kerja dilakukan pada sisi
keluar oleh gaya normal yang disebabkan oleh tekanan adalah
perkalian antara gaya normal tersebut
dengan peAe dengan kecepatan aliran fluida Ve. Besar AV setara
dengan . Atas pertimbangan tersebut bentuk kerja dapat dinyatakan
sebagai
= + ()
maka persamaan (14) berubah menjadi
= + + +
2
2+ + +
2
2+ ...(15)
= + +
2
2+ +
2
2+ ...(16)
0 = + +
2
2+ +
2
2+ ...(17)
0 = + ...(18)
= ...(19)
= ...(20)
= , ( , )...(21)
Perhitungan Kapasitas Kalor (cp)
=
...(22)
= ...(23)
= 0
..(24)
= = , ( , ) ..(25)
= , ( ,)
=
..(26)
Asumsi asumsi yang dibuat dalam penurunan persamaan di atas
antara lain :
Sistem berada dalam keadaan tunak sehingga
= 0
Pengaruh kerja lainnya (putaran poros, pergeseran batas,
listrik, magnetik, dan akibat
tegangan permukaan) diabaikan sehingga = 0
-
Halaman | 7
Perubahan energi potensial dan kinetik sisi masuk dan keluar
dapat diabaikan, sehingga
2
2+ dan
2
2+ dianggap bernilai nol.
Laju alir massa masuk dan keluar memiliki nilai yang sama
sebesar Beberapa mode perpindahan panas yang dapat mempengaruhi
adanya kalor yang hilang (heat
loss) adalah konduksi dan radiasi. Untuk memperkecil kalor yang
hilang dalam percobaan seminimal
mungkin dapat digunakan bejana vakum yang dikosongkan untuk
mengurangi konduksi serta dilapisi
dengan substansi yang mudah memantulkan cahaya untuk mengurangi
radiasi. Selain itu, isolasi
adiabatik (insulating adiabatic jacket) dapat digunakan untuk
mencegah perpindahan panas dari
kalorimeter ke lingkungan.
Fourth Problem You have summer job with a company that designs
cookware. Your group is assigned the task of
designing a better pasta pot. You are very excited by a new
strong, light alloy the group has just
produced, but will it make a good noodle pot? If it takes more
than 10 minutes to boil water in a
noodle pot, it probably wont sell. Calculate how long it would
take water at room temperature to reach boiling temperature in
Depok in a pot made of the new alloy. Assume that a typical noodle
pot
holds about 2 liters of water, the pot made of the alloy have a
mass of 550 grams and a specific heat
capacity of 860 J/(kg C), the burners on your stove deliver 1000
Joules of heat per second, and only
about 20% of this heat is radiated away.
Jawab :
Diketahui : Vw = 2 liter
mp = 550 gram
cp = 860 J/(kg.C)
Q/t = 1000 Joule/s
Efisiensi = 20%
T0 = 25C
T1 = 100C
cw = 4200 J/(kg.C)
w = 1 kg/L
Ditanya : t yang dibutuhkan sampai mendidih
Jawab : Menghitung massa air
=
1 kg
L=
2 L
= 2 kg Menghitung Qtot
= + = +
= 0,55 kg . 860J
kg. C. 100 25 C + 2 kg . 4200
J
kg. C. (100 25)C
= 35.475 Joule + 630.000 Joule = 665.475 Joule
Menghitung t sampai mendidih
=
(20% . 1000Joule
s) = 665.475
Joule
s
t = 831,84 s t = 13,86 menit
Karena waktu (t) yang dibutuhkan untuk mendidihkan air melebihi
10 menit, maka alloy tersebut
belum dapat dijadikan sebagai bahan pot yang optimal.
-
Halaman | 8
Fifth Problem Today is the first day of Kevin working in a
compressed air installation. His supervisor asked him to
fill a storage tank with compressed air until the pressure
reaches 1000 psia which is also the pressure
of compressed air at the source tank. He was told that he could
do the task either by : (a) filling slowly
such that temperature is always equal to the initial temperature
of air in the storage tank (75F), or, (b)
filling quickly so that the process could be regarded as
adiabatic. Kevin was curious if the total amount
of air present in the storage tank after it is filled using the
two procedures would be different. What did
he find out? How much heat will be released or absorbed using
the two procedures? Data : volume of
storage tank is 1ft3; initial pressure in the storage tank is 50
psia; temperature of compressed air in the
source tank is 120F. Assume that air behaves as an ideal
gas.
Jawab :
(a) Pengisian tangki secara lambat akan mempertahankan suhu atau
temperatur yang ada pada tangki penyimpanan yaitu sebesar 75
oF. Dengan kata lain, proses pengisian yang
terjadi adalah secara isotermis. Dalam teori termodinamika,
proses ini memiliki
perbandingan T yang konstan atau dapat dinyatakan dalam
persamaan matematis berikut :
11 = 22 .(27) Persamaan di atas berlaku ketika tekanan awal
tangki penyimpanan naik dari tekanan 50
psia ke 1000 psia. Untuk membuatnya tetap konstan maka volume
steam di tangki
penyimpanan harus lebih kecil atau volume sistem (steam) menjadi
lebih kecil atau
dengan kata lain akan dilakukan kompresi.
Sebelum diisi, udara pada tangki memiliki massa sebesar :
= .
= 8314
Jkmol K
. 296,89 K
344,73 kPa= 7,16 m3/kg
m = 1 m3
7,16 m3/kg= 0,1397 kg
Setelah diisi, udara pada tangki memiliki massa sebesar
= .
= 8314
Jkmol K
. 296,89 K
6894,65 kPa= 0,358 m3/kg
m = 1 m3
0,358 m3/kg= 2,793 kg
Dalam proses pertama, kalor akan mengalami perpindahan.
Diasumsikan perpindahan
kalor pada sistem terbuka memiliki energi dalam tetap dan tanpa
kerja, sehingga
= + =
= lnP2P1
= 8.314 2kg
s2K297
1000 psia
50 psia
= 7397.2 J Setelah perhitungan diturunkan, maka akan didapatkan
nilai Q bernilai negatif, yang
berarti sistem mengeluarkan kalor.
(b) Proses kedua merupakan proses adiabatik di mana dalam proses
ini tidak akan ada perpindahan panas ke lingkungan. Dalam proses
ini, tekanan awal tangki penyimpanan
naik dari tekanan 50 psia ke 1000 psia sedangkan temperatur
udara terkompresi yang ada
akan turun dari suhu 120oF ke suhu 75
oF. Dalam teori termodinamika, proses ini akan
menghasilkan persamaan persamaan sebagai berikut:
1 = (1)/ =
-
Halaman | 9
= Sebelum diisi, udara pada tangki memiliki massa sebesar :
1 = .
= 8314
Jkmol K
. 296,89 K
344,73 kPa= 7,16 m3/kg
m = 1 m3
7,16 m3/kg= 0,1397 kg
Volume spesifik tangki setelah diisi akan berubah menurut
persamaan
1.4 = 111.4
1000. 1.4 = 50. 7.161.4 = 0,843 kg/m3
m = 1 m3
0,843 m3/kg= 1,187 kg
Dalam proses kedua, tidak akan ada perpindahan panas karena
sistem merupakan sistem
adiabatik maka tidak akan ada panas yang dikeluarkan atau
diserap atau:
= 0 J Setelah dilakukan proses perhitungan, diketahui bahwa
jumlah udara akhir yang
tersimpan pada tangki setelah melalui kedua proses berbeda.
Proses isotermis menunjukkan
jumlah massa akhir yang lebih besar dibandingan dengan proses
pemindahan secara adiabatik.
Sixth Problem Steam is contained in a closed rigid container
with a volume of 1 m
3. Initially, the pressure and
temperature of the steam are 7 bar and 500C, respectively. The
temperature drops as a result of heat
transfer to the surroundings. Determine the temperature at which
condensation first occurs, in C, and
the fraction of the total mass that has condensed when the
pressure reaches 0.5 bar. What is the
volume in m3, occupied by saturated liquid at the final
state.
Jawab :
Dalam proses ini dapat diasumsikan bahwa :
Sistem merupakan sistem tertutup (tidak ada aliran masuk maupun
aliran keluar)
Sistem berada pada keadaan steady state
Tidak ada kerja yang diberikan pada sistem (W = 0) Jika kita
tinjau soal dengan ilustrasi, maka akan nampak gambar seperti di
bawah ini:
Gambar 2. Kondisi sistem
-
Halaman | 10
Dengan diagram p-v dapat kita lihat bahwa:
Gambar 3. Diagram p-v sistem
Sistem yang ada merupakan sebuah kontainer yang kaku dengan
ukuran yang tetap, sehingga
memiliki volume spesifik total yang tetap. Pada keadaan 1,
tekanan 7 bar dan suhu 500oC
menandakan keadaan superheated karena suhunya berada di atas
suhu saat keadaan saturated,yaitu
165oC. Nilai volume spesifik pada keadaan superheated ini adalah
0,5070 m
3/kg. Pada keadaan ini
keseluruhan sistem terdiri dari gas.
Pada keadaan kedua, akan terjadi proses kondensasi pertama gas.
Dengan begitu, dapat
diasumsikan bahwa pada keadaan ini, volume uap hampir sama
dengan volume total sehingga nilai
volume spesifik sebelumnya dapat digunakan sebagai volume
spesifik gas pada keadaan jenuh
berdasarkan Tabel A-2 (Moran, 2003). 12 1
= 12 1
0,5070 0,4625
0,5243 0,4625=
143,6
138,9 143,6
= 140,2 Pada keadaan ketiga, sistem akan mengalami penurunan
temperatur. Dalam kondisi ini, besar
tekanan adalah 0,5 bar. Pada kondisi ini, terjadi kondensasi
(pada keadaan saturated) dengan nilai vf 0,00103 m
3/kg dan vg sebesar 3,240 m
3/kg. Fraksi massa dapat kita ketahui dengan persamaan :
v = vf + x (vg - vf)...(27)
dimana x merupakan fraksi massa uap (kualitas). Proses
perhitungan dengan persamaan di atas akan
menghasilkan :
v = vf + x (vg - vf)
0,5070 m3/kg = 0,00103m
3/kg + x(3,240
m
3/kg - 0,00103 m
3/kg)
0,50597 m3/kg = 3,23897 m
3/kg . x
x = 0,1562
Nilai fraksi massa yang terkondensasi adalah sebesar 1-x atau
0,8438 (84,38%). Massa total dalam
sistem ini dapat diperoleh dengan cara membagi volume total
dengan volume spesifik pada keadaan 1,
yaitu :
=
= 1 m3
0,5070 m3
kg = 1,972 kg
Volume liquid pada kondisi akhir dapat ditentukan dengan cara
:
1 =
1
2
-
Halaman | 11
0,8438 =
1,972 kg
= 1,664 kg = .
= 0,001m3/kg . 1,664 kg
= 0,0017 m3
-
Halaman | 12
REFERENSI
Anonim. Methane Specific Heat. [online]. Tersedia pada :
http://www.engineeringtoolbox.com/ methane-d_980.html (diakses
Rabu, 5 Maret 2014).
Anonim. Bab III Kinematika Fluida Konsep Aliran dan Persamaan
Dasarnya. [online]. Tersedia pada
: http://web.ipb.ac.id/~erizal/mekflud/modul3.pdf (diakses
Selasa, 4 Maret 2014).
Anonim (2004) Introduction to Calorimetry. [online]. Tersedia
pada : http://www.chemistry.mcmaster
.ca/~ayers/chem2PA3/labs/CALORIMETRYINTRO.pdf (diakses Rabu, 12
Maret 2014).
Buchori, L. Perpindahan Panas (Heat Transfer). [online].
Tersedia pada : http://tekim.undip.ac.id/
images/download/PERPINDAHAN_PANAS.pdf (diakses pada Rabu, 5
Maret 2014).
Cengel, Y.A. (2006) Thermodynamics : An Engineering Approach,
5th Edition. New York : McGraw
Hill.
Holman, J.P. (1986) Perpindahan Kalor, Edisi Keenam. Jakarta :
Erlangga.
Moran, M.J. dan Shapiro, H.N. (2000) Fundamentals of Engineering
Thermodynamics, 4th Edition.
NJ: John Wiley & Sons, Inc.
Moran, M.J. dan Shapiro, H.N. (2004) Termodinamika Teknik, Jilid
1. Jakarta : Erlangga [terjemahan].
Sandarusi, J.A., Mulia, K., dan Yesavage, V.F. (1992) An
Automated Flow Calorimeter for the Determination of Liquid and
Vapor Isobaric Heat Capacities : Test Results for Water and n-
Pentane. Review of Scientific Instruments, 63 (2) : 1810 1821.
Smith, J.M., Van Ness, H.C., dan Abbott, M.M. (2005) Introduction
to Chemical Engineering
Thermodynamics, 7th Edition. New York : McGraw Hill Higher
Education.