Bab 3 Terjemahan Termodinamika Elvira, Erva, Fuad

TUGAS TERMODINAMIKA TERMODINAMIKA Terjemahan Bab 3 Buku Thermodinamika

Dosen Pengampu: Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng.

Disusun oleh : 

Elvira Wahyu Arum Fanani

(K2516021)



Erva Nhor Juliana

(K2516023)



Fadillah Rahman M.

(K2516025)



Fuad Yanuar W.

(K2516027)

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK MESIN FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET 2017

TUGAS TERMODINAMIKA TERMODINAMIKA Terjemahan Bab 3 Buku Thermodinamika Hal 111-124

Dosen Pengampu: Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng.

Disusun oleh : Elvira Wahyu Arum Fanani (K2516021)

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK MESIN FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET 2017

BAB 3 PROPERTI DARI ZAT MURNI Kita memulai bab ini dengan memperkenalkan konsep zat murni dan diskusi tentang fisika tentang proses perubahan fasa. Kami kemudian menggambarkan variasi diagram  properti dan permukaan P-V-T dari zat murni. Setelah mendemonstrasikan penggunaan dari tabel properti, gas ideal, dan persamaan gas ideal. Faktor kompresibilitas, yang menyumbang  penyimpangan gas nyata dari perilaku gas ideal, diperkenalkan, dan persamaan persamaan yang paling dikenal dari negara bagian seperti teori van der Walsl, persamaan BeattieBridgeman, dan Benedict-Webb-Rubin. Tujuan bab 3 adalah untuk : • Memperkenalkan konsep zat murni. • Mendiskusikan fisika tentang proses proses perubahan fasa. • Mengilustrasikan diagram Properti P-v, T-v, dan P-T diagram properti dan permukaan P-V T dari zat murni. • Menunjukkan prosedur untuk menentukan sifat termodinamika dari zat murni dari tabel data properti. • Menjelaskan substansi hipotetis "gas ideal" dan persamaan gas ideal. • Menerapkan persamaan persamaan gas ideal untuk memecahkan masalah yang tipikal. • Memperkenalkan Memperkenalkan faktor kompresibilitas, yang menyumbang penyimpangan dari perilaku gas ideal. • Menghadirkan beberapa persamaan yang paling terkenal. terkenal.

3-1 Zat Murni

Gambar 3-1 Nitrogen dan gas udara adalah zat murni Zat yang memiliki komposisi kimia tetap disebut zat murni. Air, nitrogen, helium, dan karbon dioksida, sebagai contoh adalah zat murni. Zat murni tidak harus memiliki unsur kimia tunggal atau senyawa. Namun, campuran  berbagai unsur kimia atau senyawa. Campuran berbagai unsur kimia atau senyawa juga memenuhi syarat sebagai zat murni asalkan campurannya homogen. Udara, sebagai contoh adalah campuran beberapa gas, namun sering dianggap sebagai zat murni karena memiliki komposisi kimia yang seragam (gambar 3-1). Namun, campuran minyak dan udara bukanlah zat murni. karena minyak tidak larut dalam, akan terkumpul di permukaan atas, membentuk 2 daerah kimia yang berbeda.

Gambar 3-2 (a)Campuran cairan dan air (H 2O) adalah zat murni (b) campuran cairan dan gas  bukan zat murni. Campuran dua atau lebih fase zat murni masih merupakan zat murni asalkan komposisi kimia semua fase sama (gambar 3-2). Campuran es dan air sebagai contoh, adalah zat murni karena keduanya memiliki fasa yang komposisi kimia yang sama. Campuran air dan gas, bagaimanapun, bukanlah zat murni karena komposisi udara cair berbeda dari komposisi udara gas, dan dengan demikian campuran tersebut tidak lagi homogen.Hal ini disebabkan oleh komponen yang berbeda di kondensasi udara pada suhu yang berbeda pada tekanan tertentu. 3-2 Fase zat murni

Kita semua tahu dari pengalaman bahwa zat ada dalam fase yang berbeda. Pada suhu kamar dan tekanan, tembaga padat, merkuri adalah cairan, dan nitrogen adalah gas. Di bawah kondisi yang berbeda, masing-masing dapat muncul dalam fase yang berbeda. Meskipun ada tiga fase-padat pokok, cair, dan gas-zat mungkin memiliki beberapa tahap dalam fase utama, masing-masing dengan struktur molekul yang berbeda. Karbon, misalnya, mungkin ada sebagai grafit atau intan di fase padat. Helium memiliki dua fase cair; besi memiliki tiga fase  padat. Es mungkin ada di tujuh fase yang berbeda pada tekanan tinggi. Fase diidentifikasi sebagai memiliki susunan molekul yang berbeda yang homogen di seluruh dan dipisahkan

dari yang lain dengan permukaan batas mudah diidentifikasi. Dua fase H2O dalam air es merupakan contoh yang baik dari ini. Ketika mempelajari fase atau perubahan fase dalam termodinamika, salah satu tidak  perlu khawatir dengan struktur molekul dan perilaku fase yang berbeda. Namun, sangat membantu untuk memiliki beberapa pemahaman tentang fenomena molekul yang terlibat dalam setiap fase, dan diskusi singkat transformasi fase berikut. Obligasi antarmolekul yang terkuat di padatan dan terlemah dalam gas. Salah satu alasannya adalah bahwa molekul dalam zat padat erat dikemas bersama-sama, sedangkan  pada gas mereka dipisahkan oleh jarak yang relatif besar.

Gambar 3-3 Molekul-molekul dalam padatan diposisikan oleh pegas besar seperti gaya antar molekul

Gambar 3-4 Dalam kondisi padat, kekuatan menarik antara molekul cenderung untuk mempertahankan mereka pada jarak yang relatif konstan dari satu sama lain.

Gambar 3-5 Susunan atom dalam fase yang berbeda: (a) molekul pada posisi relatif tetap dalam keadaan solid, (b) kelompok molekul bergerak masing-masing lainnya dalam fase cair, dan (c) molekul bergerak secara acak dalam proses perubahan fase gas Molekul-molekul dalam padat diatur dalam pola tiga dimensi (kisi) yang diulang seluruh (Gambar 3-3). Karena jarak kecil antara molekul dalam solid, kekuatan menarik

molekul saling besar dan menjaga molekul pada posisi tetap (Gambar. 3-4). Perhatikan  bahwa gaya tarik menarik antara molekul beralih ke kekuatan menjijikkan sebagai jarak antara molekul mendekati nol, sehingga mencegah molekul dari menumpuk di atas satu sama lain. Meskipun molekul dalam keadaan padat tidak bisa bergerak relatif satu sama lain, mereka terus berosilasi sekitar posisi keseimbangan mereka. Kecepatan dari molekul selama osilasi ini tergantung pada suhu. Pada suhu yang cukup tinggi, kecepatan (dan dengan demikian momentum) dari molekul dapat mencapai suatu titik di mana gaya antarmolekul yang sebagian diatasi dan kelompok molekul melepaskan diri (Gambar 3-5). Ini adalah awal dari proses peleburan. Jarak molekul dalam fase cair tidak jauh berbeda dari fase padat, kecuali molekul tidak lagi pada posisi tetap relatif terhadap satu sama lain dan mereka dapat memutar dan menerjemahkan

secara

bebas.

Dalam

cairan,

kekuatan

antarmolekul

lebih

lemah

dibandingkan dengan padatan, tetapi masih relatif kuat dibandingkan dengan gas. Jarak antara molekul umumnya mengalami sedikit peningkatan sebagai padat ternyata cairan, dengan air menjadi pengecualian. Pada fase gas, molekul-molekul jauh terpisah dari satu sama lain, dan tatanan molekul tidak ada. Molekul gas bergerak secara acak, terus bertabrakan dengan satu sama lain dan dinding wadah mereka di. Terutama dengan kepadatan rendah, kekuatan antarmolekul yang sangat kecil, dan tabrakan adalah satu-satunya cara interaksi antara molekul. Molekul dalam fase gas berada pada tingkat energi yang jauh lebih tinggi daripada mereka berada di fase cair atau padat. Oleh karena itu, gas harus melepaskan sejumlah besar energi sebelum dapat menyingkat atau membekukan. 3-3 FASE-GANTI PROSES BAHAN BAHAN MURNI MURNI

Ada banyak situasi praktis di mana dua fase zat murni hidup berdampingan dalam keseimbangan. Air ada sebagai campuran cairan dan uap dalam boiler dan kondensor dari  pembangkit listrik tenaga uap. Refrigeran berubah dari cair ke uap dalam freezer kulkas. Meskipun banyak pemilik rumah mempertimbangkan beku air di pipa bawah tanah sebagai yang paling perhatian pada bagian ini difokuskan pada fase cair dan uap dan campuran mereka. Sebagai zat asing, air digunakan untuk menunjukkan prinsip-prinsip dasar yang terlibat. Ingat, bagaimanapun, bahwa semua zat murni menunjukkan perilaku umum yang sama.

Cairan dikompresi dan Cairan Jenuh

Gambar 3-6 Pada tekanan1 atm dan 20°C air ada dalam fase cair (cairan dikompresi)

Gambar 3-7 Pada tekanan 1 atm dan 100°C air ada dalam fas e cairan yang siap menguap (cairan jenuh) Pertimbangkan perangkat piston silinder berisi air cair pada 20°C dan tekanan 1 atm (bagian 1, Gambar. 3-6). Dengan kondisi tersebut, air ada dalam fase cair, dan itu disebut cairan terkompresi, atau cairan subcooled, yang berarti bahwa tidak akan menguap. Panas sekarang dipindahkan ke air sampai suhu naik, katakanlah, 40°C. Ketika suhu naik, air cair mengembang sedikit, dan jadi volume yang meningkat tertentu. Untuk mengakomodasi ekspansi ini, piston bergerak naik sedikit. Tekanan dalam silinder tetap konstan pada 1 atm selama proses ini karena tergantung pada tekanan barometrik luar dan berat piston, yang keduanya konstan. Air masih cair terkompresi di negara ini karena belum mulai menguap. Seperti banyak panas yang ditransfer, suhu terus meningkat hingga mencapai 100°C (keadaan 2, Gambar. 3-7). Pada air titik ini masih cair, tetapi setiap penambahan panas akan menyebabkan beberapa cairan untuk menguapkan. Artinya, proses perubahan fase dari cair ke uap adalah untuk mengambil tempat. Sebuah cairan yang adalah tentang untuk menguapkan disebut cairan jenuh. Oleh karena itu, keadaan 2 adalah keadaan cair jenuh.

Uap Jenuh dan Uap Super Panas

Gambar 3-8 Karena lebih banyak panas ditransfer, bagian dari uap jenuh mulai menguap. Dimulai Setelah mendidih, suhu berhenti naik sampai cairan benar-benar menguap. Artinya, suhu akan tetap konstan selama proses perubahan fase seluruh jika tekanan tetap konstan. Hal ini dapat dengan mudah diverifikasi dengan menempatkan termometer ke dalam air mendidih murni di atas kompor. Di permukaan laut (P 1 atm), termometer akan selalu membaca 100 ° C jika panci ditemukan atau ditutupi dengan tutup cahaya. Selama proses  perebusan, satu-satunya perubahan yang kita akan mengamati adalah peningkatan besar dalam volume dan penurunan stabil di level cairan sebagai akibat dari balik lebih cair ke uap.

Gambar 3-9 Pada suhu 1 atm tekanan suhu tetap konstan pada 100°C. Sampai tetes terakhir cairan yang diuapkan (uap jenuh)

Gambar 3-10 Karena banyak panas ditransfer, suhu panas mulai naik

Tentang garis penguapan (keadaan 3, gambar. 3-8), silinder mengandung jumlah yang sama cairan dan uap. Seperti yang kita terus mentransfer panas, proses penguapan berlanjut sampai tetes terakhir dari cairan diuapkan (keadaan 4, Gambar. 3-9). Pada titik ini, seluruh silinder diisi dengan uap yang ada di garis batas fase cair. Kerugian panas dari uap ini akan menyebabkan beberapa uap mengembun (perubahan fase dari uap ke cair). Sebuah uap yang akan memadatkan disebut uap jenuh. Oleh karena itu, keadaan 4 adalah keadaan uap jenuh. Zat diantara 2 dan 4 disebut sebagai campuran cairan-uap jenuh karena Cairan dan uap fase hidup berdampingan dalam keseimbangan di negara-negara ini.

Gambar 3-11 Diagram dri proses pemanasan Setelah proses perubahan fase selesai, kita kembali ke daerah singlephase lagi (ini uap waktu), dan pengalihan lebih lanjut dari hasil panas dalam peningkatan baik suhu s uhu dan volume spesifik (Gambar. 3-10). Pada negara 5, suhu uap yang, katakanlah, 300°C; dan jika kita mentransfer beberapa panas dari uap, suhu bisa turun sedikit tetapi tidak ada kondensasi akan  berlangsung selama suhu tetap di atas 100°C (untuk P 1 atm). Sebuah uap yang tidak akan menyingkat (yaitu, bukan uap jenuh) disebut uap superheated. Oleh karena itu, air di kondisi 5 adalah uap superheated. Konstan tekanan proses perubahan fase ini diilustrasikan pada diagram Tv pada Gambar. 3-11. Jika seluruh proses yang dijelaskan di sini dibalik dengan  pendinginan air sambil mempertahankan tekanan pada nilai yang sama, air akan kembali ke keadaan 1, menapak jalan yang sama, dan dengan demikian, jumlah panas yang dirilis tepat akan cocok jumlahnya dari panas yang ditambahkan selama proses pemanasan. Dalam kehidupan kita sehari-hari, air menyiratkan air cair dan uap menyiratkan uap air. Dalam termodinamika, bagaimanapun, baik air dan uap biasanya berarti satu hal: H 2O.

Saturasi Suhu dan saturasi Tekanan

Gambar 3 –12 kurva cairan-uap dari zat murni

Ini mungkin datang sebagai kejutan untuk Anda bahwa air mulai mendidih pada 100°C. Sebenarnya, pernyataan pe rnyataan “air mendidih pada 100°C” tidak benar. Pernyataan yang  benar  benar adalah “air mendidih pada 100°C pada tekanan 1 atm.” Satu-satunya Satu-satunya air alasan mulai mendidih pada 100°C adalah karena kami mengadakan tekanan konstan pada 1 atm (101,325 kPa). Jika tekanan di dalam silinder dibesarkan untuk 500 kPa dengan menambahkan bobot di atas piston, air akan mulai mendidih pada 151,8°C. Artinya, suhu di mana air mulai mendidih tergantung pada tekanan; Oleh karena itu, jika tekanan adalah tetap, sehingga adalah suhu didih. Pada tekanan tertentu, suhu di mana zat murni perubahan fase yang disebut suhu saturasi TSAT. Demikian juga, pada suhu tertentu, tekanan di mana zat murni  perubahan fase disebut PSAT  tekanan saturasi. Pada tekanan 101,325 kPa, T SAT  adalah 99,97°C. Sebaliknya, pada suhu 99,97°C, P SAT  adalah 101,325 kPa. (Pada 100.00°C, P SAT adalah 101,42 kPa di ITS-90 yang dibahas dalam Bab. 1.) Saturasi tabel yang daftar tekanan saturasi terhadap suhu (atau suhu saturasi terhadap tekanan) yang tersedia untuk hampir semua zat. Sebuah daftar parsial seperti meja diberikan dalam Tabel 3-1 untuk air. Tabel ini menunjukkan bahwa tekanan air berubah fase (mendidih atau kondensasi) pada 25°C harus 3,17 kPa, dan tekanan air harus dijaga pada 3976 kPa (sekitar 40 atm) untuk memilikinya mendidih pada 250°C. Juga, air dapat dibekukan dengan menjatuhkan tekanannya di bawah 0,61 kPa. Dibutuhkan sejumlah besar energi untuk melelehkan padat atau menguapkan cairan. Jumlah energi yang diserap atau dilepaskan selama proses perubahan fase yang disebut panas laten. Lebih khusus, jumlah energi yang diserap selama pencairan disebut  panas laten fusi dan setara dengan jumlah energi yang dilepaskan selama pembekuan. Demikian pula, jumlah energi yang diserap selama penguapan disebut panas laten penguapan

dan setara dengan energi yang dilepaskan selama kondensasi. Besaran dari kalor laten tergantung pada suhu atau tekanan di mana perubahan fasa terjadi. Pada tekanan 1 atm, panas laten fusi air adalah 333,7 kJ/kg dan panas laten penguapan adalah 2256,5 kJ / kg. Selama  proses perubahan fase, tekanan dan temperatur yang jelas tergantung ter gantung sifat, dan ada hubungan yang pasti antara mereka, yaitu, T SAT f (PSAT). Sebuah plot T SAT terhadap PSAT, seperti yang diberikan untuk air pada Gambar. 3-12, disebut kurva saturasi cair-uap. Kurva semacam ini adalah karakteristik dari semua zat murni. Hal ini jelas dari Gambar. 3-12 yang TSAT  meningkat dengan P SAT. Dengan demikian, zat  pada tekanan yang lebih l ebih tinggi mendidih pada suhu yang lebih le bih tinggi. Di dapur, suhu didih lebih tinggi berarti waktu memasak yang lebih pendek dan penghematan energi. Sebuah rebusan daging sapi, misalnya, mungkin membutuhkan waktu 1 hingga 2 jam untuk memasak di panci biasa yang beroperasi pada tekanan 1 atm, tetapi hanya 20 menit di pressure cooker  beroperasi pada 3 tekanan absolut atm (sesuai suhu mendidih: 134°C). Tekanan atmosfer, dan dengan demikian suhu didih air, berkurang dengan ketinggian. Oleh karena itu, diperlukan waktu lebih lama untuk memasak di ketinggian yang lebih tinggi daripada yang dilakukannya di permukaan laut (kecuali pressure cooker yang digunakan). Sebagai contoh, tekanan atmosfer standar di ketinggian 2000 m adalah 79,50 kPa, yang sesuai dengan suhu didih 93,3°C yang bertentangan dengan 100°C pada permukaan laut (nol elevasi). Variasi suhu didih air dengan ketinggian pada kondisi atmosfer standar diberikan dalam Tabel 3-2. Untuk setiap kenaikan 1.000 m di ketinggian, suhu didih tetes dengan sedikit lebih dari 3°C. Perhatikan bahwa tekanan atmosfer di lokasi, dan dengan demikian suhu didih, perubahan sedikit dengan kondisi cuaca. Namun, perubahan yang sesuai dalam suhu didih tidak lebih dari sekitar 1°C.

Beberapa Konsekuensi Konsekuensi dari TSAT dan Ketergantungan PSAT

Kami sebutkan sebelumnya bahwa zat pada tekanan tertentu mendidih pada suhu saturasi sesuai dengan tekanan itu. Fenomena ini memungkinkan kita untuk mengontrol suhu didih suatu zat dengan hanya mengendalikan tekanan, dan memiliki berbagai aplikasi dalam  praktek. Dibawah ini kami berikan beberapa contoh. Drive alami untuk mencapai kesetimbangan fasa dengan memungkinkan beberapa cairan menguap sedang bekerja di  belakang layar. Pertimbangkan kaleng disegel cairan pendingin-134a di sebuah kamar pada 25°C. Jika kaleng telah di ruang cukup lama, suhu pendingin di dapat juga 25°C. Sekarang,  jika tutupnya dibuka perlahan-lahan dan beberapa refrigeran diperbolehkan untuk melarikan melar ikan diri, tekanan yang di dapat akan mulai menurun hingga mencapai tekanan atmosfer. Jika Anda memegang kaleng, Anda akan melihat suhunya menurun dengan cepat, dan bahkan es membentuk luar kaleng jika udara lembab. Termometer dimasukkan di dapat akan mendaftarkan 26°C saat tekanan turun menjadi 1 atm, yang merupakan suhu jenuh refrigeran134a pada tekanan itu. Suhu refrigeran cair akan tetap pada 26°C sampai tetes terakhir itu menguap. Aspek lain dari fenomena fisik yang menarik ini adalah bahwa cairan tidak dapat menguap kecuali menyerap energi dalam jumlah panas laten penguapan, yang merupakan 217 kJ / kg untuk refrigerant-134a pada 1 atm. Oleh karena itu, tingkat penguapan refrigeran tergantung pada laju perpindahan panas ke kaleng: semakin besar laju perpindahan panas, semakin tinggi tingkat penguapan. Laju perpindahan panas ke kaleng dan dengan demikian laju penguapan refrigeran dapat diminimalkan dengan isolasi kaleng berat. Dalam kasus membatasi ada transfer panas, refrigeran akan tetap di dapat sebagai cairan pada 26 ° C tanpa  batas. Suhu mendidih nitrogen pada tekanan atmosfer adalah 196°C (lihat Tabel A-3a). Ini  berarti suhu nitrogen cair terkena atmosfer harus 196°C karena beberapa nitrogen akan menguap. Suhu nitrogen cair tetap konstan pada 196°C sampai habis. Untuk alasan ini, nitrogen umumnya digunakan dalam studi-suhu rendah ilmiah (seperti superkonduktivitas) dan aplikasi kriogenik untuk mempertahankan ruang uji pada suhu konstan 196 ° C. Hal ini dilakukan dengan menempatkan ruang uji ke dalam bak nitrogen cair yang terbuka ke atmosfer. Transfer panas dari lingkungan ke bagian uji diserap oleh nitrogen, yang menguap isotermal dan menjaga tes suhu ruang konstan pada 196°C (Gambar. 3-13). Seluruh bagian uji harus terisolasi berat untuk meminimalkan perpindahan panas dan konsumsi nitrogen sehingga cair. Nitrogen cair juga digunakan untuk tujuan medis untuk membakar bintik bintik sedap dipandang pada kulit. Hal ini dilakukan dengan merendam swap kapas dalam

nitrogen cair dan membasahi area target dengan itu. Sebagai nitrogen menguap, membeku kulit yang terkena oleh cepat menyerap panas dari itu.

Gambar 3-13 Temperatur dari cairan nitrogen yang terpapar atmosfer t etap konstan di 196°C, dan dengan demikian mempertahankan ruang uji di 196°C.

Panas penguapan saat penguapan dari produk yang akan didinginkan. Panas penguapan selama penguapan diserap dari produk, yang menurunkan suhu produk. Tekanan saturasi air  pada 0°C adalah 0,61 kPa, dan produk dapat didinginkan sampai 0°C dengan menurunkan tekanan ke tingkat ini. Laju pendinginan dapat ditingkatkan dengan menurunkan tekanan  bawah 0,61 kPa, tapi ini tidak diinginkan karena bahaya pembekuan dan biaya tambahan. Dalam pendinginan vakum, ada dua tahap yang berbeda. Pada tahap pertama, produk pada suhu ambien, mengatakan pada 25°C, dimuat ke dalam kamar, dan operasi dimulai. Suhu di ruang tetap konstan sampai tekanan saturasi tercapai, yang merupakan 3,17 kPa pada 25°C. Pada tahap kedua yang mengikuti, kondisi saturasi dipertahankan dalam pada tekanan semakin rendah dan suhu yang lebih rendah yang sesuai sampai suhu yang diinginkan tercapai (Gambar. 3-14).

Gambar 3-14 Variasi suhu buah-buahan dan sa yuran dengan tekanan selama vakum  pendinginan dari 25°C ke 0°C. Vacuum pendinginan biasanya lebih mahal daripada pendinginan didinginkan konvensional, dan penggunaannya terbatas pada aplikasi yang menghasilkan jauh lebih cepat  pendinginan. Produk dengan luas permukaan besar per satuan massa dan kecenderungan

tinggi untuk melepaskan kelembaban seperti selada dan bayam yang cocok untuk  pendinginan vakum. Produk dengan luas permukaan rendah untuk rasio massa tidak cocok, terutama mereka yang memiliki kulit yang relatif tahan seperti tomat dan mentimun. Beberapa produk seperti jamur dan kacang hijau bisa menjadi vakum didinginkan berhasil dengan membasahi mereka terlebih dahulu. Vakum pendinginan yang baru saja dijelaskan menjadi vakum pembekuan jika tekanan uap di ruang vakum turun di bawah 0,61 kPa, tekanan saturasi air pada 0 ° C. Ide pembuatan es dengan menggunakan pompa vakum bukan hal yang baru. Dr William Cullen sebenarnya dibuat es di Skotlandia pada 1775 oleh mengevakuasi udara dalam tangki air (Gambar 3-15).

Gambar 3-15 Pada tahun 1775, es dibuat oleh mengevakuasi ruang udara dalam tangki air. 3-4 ■ DIAGRAM PROPERTI UNTUK TAHAP-GANTI PROSES

Variasi properti selama proses perubahan fase dipelajari dan dipahami dengan  bantuan diagram properti terbaik. Berikutnya, Beri kutnya, kami mengembangkan dan membahas T-v, T -v, Pv, dan P-T diagram untuk zat murni. 1. Diagram T-v

Proses perubahan fase air pada tekanan 1 atm digambarkan secara rinci dalam bagian terakhir dan diplot pada diagram Tv pada Gambar. 3-11. Sekarang kita ulangi proses ini  pada tekanan yang berbeda untuk mengembangkan diagram T-v. Mari kita tambahkan  beban di atas piston sampai tekanan di dalam silinder sil inder mencapai 1 MPa. Pada tekanan ini, air memiliki volume spesifik yang agak lebih kecil daripada yang dilakukannya pada tekanan 1 atm. Seperti panas dipindahkan ke air pada tekanan baru ini, proses mengikuti  jalur yang terlihat sangat banyak seperti jalan proses pada tekanan 1 atm, seperti ditunjukkan pada Gambar. 3-16, tetapi ada beberapa perbedaan mencolok. Pertama, air mulai mendidih pada suhu yang lebih tinggi (179,9°C) pada tekanan ini. Kedua, volume spesifik cairan jenuh lebih besar dan volume spesifik dari uap jenuh lebih kecil dari nilai-

nilai yang sesuai pada tekanan 1 atm. Artinya, garis horizontal yang menghubungkan cairan jenuh dan negara uap jenuh jauh lebih pendek. Sebagai tekanan meningkat lebih lanjut, garis saturasi ini terus menyusut, seperti ditunjukkan pada Gambar. 3-16, dan itu menjadi titik ketika tekanan mencapai 22,06 MPa untuk kasus air. Titik ini disebut titik kritis, dan itu didefinisikan sebagai titik di mana cairan jenuh dan negara-negara uap jenuh adalah identik.

Gambar 3-16 T-v diagram konstan tekanan proses perubahan fase dari zat murni pada  berbagai tekanan (nilai numerik adalah untuk air). Suhu, tekanan, dan volume spesifik zat pada titik kritis disebut, masing-masing, temperatur kritis T-c-r, tekanan kritis Pcr, dan kritis vcr volume spesifik. Sifat kritis-titik air Pcr 22,06 MPa, Tcr 373,95 ° C, dan vcr 0,003106 m3 / kg. Untuk helium, mereka 0,23 MPa, 267,85 ° C, dan 0,01444 m3 / kg. Sifat penting untuk berbagai zat diberikan dalam Tabel A-1 dalam lampiran. Pada tekanan di atas tekanan kritis, tidak ada proses  phasechange yang berbeda (Gambar. 3-17). Sebaliknya, volume spesifik substansi terus meningkat, dan pada setiap saat hanya ada satu fase yang hadir. Akhirnya, menyerupai uap, tetapi kita tidak pernah tahu kapan perubahan telah terjadi. Di atas keadaan kritis, tidak ada garis yang memisahkan wilayah cair terkompresi dan wilayah uap superheated.  Namun, adalah kebiasaan untuk merujuk me rujuk substansi s ubstansi sebagai superheated uap pada suhu di atas suhu kritis dan sebagai cairan terkompresi pada suhu di bawah temperatur kritis.

Gambar 3-17 Pada tekanan superkritis (P>P cr ), ), tidak ada yang berbeda fase-perubahan (mendidih)

Cairan jenuh pada Gambar. 3-16 dapat dihubungkan oleh garis yang disebut garis cair  jenuh, dan jenuh negara ne gara uap di angka yang sama dapat dihubungkan oleh garis lain, disebut garis uap jenuh. Kedua baris bertemu di titik kritis, membentuk kubah seperti ditunjukkan  pada Gambar. 3-18. Semua negara-negara cair terkompresi terletak di wilayah sebelah kiri garis cair jenuh, disebut wilayah cair terkompresi. Semua superheated negara uap yang terletak di sebelah kanan garis uap jenuh, yang disebut superheated wilayah uap. Di kedua daerah, substansi yang ada dalam fase tunggal, cairan atau uap. Semua negara yang melibatkan kedua fase dalam kesetimbangan berada di bawah kubah, yang disebut cairan-uap wilayah campuran jenuh, atau daerah basah. 2. Diagram P-v

Bentuk umum dari diagram P-v dari zat murni sangat banyak seperti diagram T-v, tapi T garis konstan pada diagram ini memiliki tren menurun, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3-19. Pertimbangkan lagi perangkat piston-silinder yang berisi air cair pada 1 MPa dan 150 ° C. Air di negara ini ada sebagai cairan terkompresi. Sekarang bobot di atas  piston dikeluarkan satu persatu sehingga tekanan di dalam silinder menurun secara  bertahap (Gambar. 3-20). Air diperbolehkan untuk bertukar panas dengan lingkungan sehingga suhu tetap konstan.

Gambar 3-18 Tv diagram dari zat murni.

Gambar 3-19 P-v diagram dari zat murni.

Sebagai penurunan tekanan, volume air meningkat sedikit. Ketika tekanan mencapai nilai saturasi tekanan pada suhu yang ditentukan (0,4762 MPa), air mulai mendidih. Selama proses penguapan ini, baik suhu dan tekanan tetap konstan, tetapi volume meningkat tertentu. Setelah tetes terakhir dari cairan menguap, pengurangan lebih lanjut dalam hasil tekanan dalam peningkatan lebih lanjut dalam volume tertentu. Perhatikan  bahwa selama proses perubahan fase, f ase, kita tidak menghapus beban apapun. Melakukan hal itu akan menyebabkan tekanan dan karena suhu turun [sejak T SAT f (PSAT)], dan proses tidak akan lagi menjadi isotermal. Ketika proses ini diulang untuk suhu lainnya, jalur serupa diperoleh untuk proses perubahan fase. Menghubungkan cairan jenuh dan negara uap jenuh dengan kurva, kita memperoleh diagram P-v dari zat murni, seperti ditunjukkan  pada Gambar. 3-19.

Gambar 3-20 Tekanan dalam perangkat piston silinder si linder bisa dikurangi dengan mengurangi  berat piston. Memperluas diagram untuk sertakan fase padat kedua diagram kesetimbangan dikembangkan sejauh mewakili negara kesetimbangan yang melibatkan cairan dan fase uap saja. Namun, diagram ini dapat dengan mudah diperluas untuk mencakup fase padat serta padat-cair dan daerah saturasi solid-uap. Prinsip-prinsip dasar yang dibahas dalam hubungannya dengan proses perubahan fase cair-uap berlaku untuk padat-cair dan padatuap proses perubahan fase. Kontrak yang paling zat selama solidifikasi (yaitu, pembekuan)  proses. Lainnya, seperti air, memperluas karena mereka membeku. The P-v P -v diagram untuk kedua kelompok zat diberikan pada Gambar. 3-21 dan 3-22.

Gambar 3-21 Pv diagram zat yang kontrak pada pembekuan.

Gambar 3-22 P-v diagram dari zat yang memperluas pembekuan (seperti air ). Kedua diagram hanya berbeda di wilayah jenuh padat-cair. Diagram T-v terlihat sangat banyak seperti diagram P-v, terutama untuk zat yang kontrak pada pembekuan. Fakta bahwa air memperluas atas titik beku memiliki konsekuensi penting di alam. Jika air dikontrak pada pembekuan karena kebanyakan zat-zat lain lakukan, es terbentuk akan lebih berat dari air cair, dan itu akan mengendap di bagian bawah sungai, danau, dan lautan bukannya mengambang di atas. Sinar matahari tidak akan pernah mencapai lapisan es ini, dan bagian bawah banyak sungai, danau, dan lautan akan ditutupi dengan es di kali, serius mengganggu kehidupan laut.

Gambar 3-23 Pada tekanan triple-titik dan suhu, zat ada dalam tiga fase dalam keseimbangan. Kita semua akrab dengan dua fase yang dalam kesetimbangan, tetapi di bawah  beberapa kondisi ketiga fase zat murni hidup berdampingan dalam keseimbangan (Gambar. 3-23). Pada Pv atau Tv diagram, negara triple-fase tersebut membentuk garis yang disebut garis tiga. Negara-negara di jalur tiga dari zat memiliki tekanan yang sama dan suhu tapi volume spesifik yang berbeda. Garis tiga muncul sebagai titik pada diagram PT dan, oleh karena itu, sering disebut titik tripel. Suhu triple-titik dan tekanan dari  berbagai zat diberikan dalam Tabel 3-3. Untuk air, suhu triple-titik dan tekanan yang

0,01°C dan 0,6117 kPa, masing-masing. Artinya, semua tiga fase hidup berdampingan air dalam kesetimbangan hanya jika suhu dan tekanan sudah tepat nilai-nilai ini. Tidak ada substansi bisa eksis dalam fase cair dalam kesetimbangan stabil pada tekanan di bawah tekanan triple-titik. Hal yang sama dapat dikatakan untuk suhu untuk zat yang kontrak  pada pembekuan. Namun, zat pada tekanan tinggi bisa eksis dalam fase cair cai r pada suhu di  bawah suhu triple-titik. Sebagai contoh, air tidak bisa eksis dalam bentuk cair dalam kesetimbangan pada tekanan atmosfer pada suhu di bawah 0°C, tetapi bisa eksis sebagai cairan pada 20°C pada tekanan 200 MPa. Juga, es ada di tujuh fase padat yang berbeda  pada tekanan di atas 100 MPa.

Ada dua cara zat dapat lulus dari padat menjadi uap fase: baik meleleh pertama ke cairan dan kemudian menguap, atau menguap langsung tanpa mencair terlebih dahulu. Yang terakhir terjadi pada tekanan di bawah nilai triplepoint, karena zat murni tidak bisa eksis dalam fase cair pada tekanan-tekanan (gambar. 3-24). Lewat dari fase padat langsung ke fase uap disebut sublimasi. Untuk zat yang memiliki tekanan triple-poin di atas tekanan atmosfer seperti CO2  padat (es kering), sublimasi adalah satu-satunya cara untuk mengubah dari padat ke fase uap pada kondisi atmosfer.

Gambar 3-24 Pada tekanan rendah (di bawah nilai triplepoint), padatan menguap tanpa mencair terlebih dulu (sublimasi). 3. Diagram P-T

Gambar 3-25 menunjukkan diagram P-T dari zat murni. Diagram ini sering disebut diagram fasa karena ketiga fasa dipisahkan satu sama lain oleh tiga garis. Garis sublimasi memisahkan daerah padat dan uap, garis penguapan memisahkan daerah cairan dan uap, dan garis leleh (atau peleburan) memisahkan daerah padat dan cair. Ketiga garis ini  bertemu di triplepoint, di mana ketiga keti ga fase hidup berdampingan dalam ekuilibrium. ekuil ibrium. Garis  penguapan berakhir pada titik kritis karena tidak ada perbedaan yang dapat dibuat antara fase cairan dan uap di atas titik kritis. Zat yang meluas dan berkontraksi pada pembekuan hanya berbeda pada garis leleh pada diagram P-T.

Gambar 3-25 Diagram P-T dari zat murni

TUGAS TERMODINAMIKA Terjemahan Bab 3 Buku Thermodinamika Hal 124-137

Dosen Pengampu: Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng.

Disusun oleh : Erva Nhor Juliana K2516023

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK MESIN FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET 2017

3. Diagram P-T

Gambar 3-25 menunjukkan diagram P-T dari zat murni. Diagram ini sering disebut diagram fasa karena ketiga fasa dipisahkan dari satu sama lain dengan tiga baris. Garis sublimasi memisahkan padatan dan uap daerah, garis penguapan memisahkan daerah cair dan uap, dan garis leleh (atau fusi) memisahkan daerah padat dan cair. Ketiganya garis bertemu di titik tiga, di mana ketiga fase hidup berdampingan dalam ekuilibrium. Garis penguapan berakhir  pada titik kritis karena tidak ada perbedaan dibuat antara fase cair dan uap di atas titik t itik kritis. kritis . Zat yang berkembang dan berkontraksi pada pembekuan hanya berbeda dalam garis leleh di Diagram P-T.

Permukaan P-v-T

Keadaan bahan kompresibel sederhana ditentukan oleh dua independen, sifat intensif Begitu dua sifat yang tepat itu tetap, semuanya sifat lainnya menjadi sifat tergantung. Mengingat itu  persamaan dengan dua variabel bebas dalam bentuk z z (x, y) mewakili a Permukaan di luar, kita bisa mewakili P-v-T suatu zat sebagai a permukaan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3-26 dan 3-27. Disini T dan v mungkin

dilihat sebagai variabel independen (basis) dan P sebagai variabel dependen (tinggi). Semua titik di permukaan mewakili keadaan ekuilibrium. Semua bagian proses kuasi-ekuilibrium terletak pada permukaan P-v-T karena a proses harus melewati keadaan ekuilibrium. Wilayah fase tunggal muncul sebagai permukaan melengkung pada permukaan P-v-T, dan daerah dua fasa sebagai permukaan tegak lurus terhadap pesawat P-T. Hal ini diharapkan sejak proyeksi Daerah dua fasa pada bidang P-T adalah garis. Semua diagram dua dimensi yang telah kita diskusikan sejauh ini hanyalah proyeksi dari permukaan tiga dimensi ini ke bidang yang sesuai. A P-v diagram hanyalah proyeksi permukaan P-v-T pada bidang P-v, dan T-v Diagram tidak lebih dari pandangan mata burung dari permukaan ini. P-v-T Permukaan menyajikan banyak informasi sekaligus, namun secara termodinamika Analisis lebih mudah untuk bekerja dengan diagram dua dimensi, semacam itu sebagai diagram P-v dan T-v.

3-5 ■ TABEL PROPERTI Untuk kebanyakan zat, hubungan antara sifat termodinamika adalah terlalu kompleks untuk diungkapkan dengan persamaan sederhana. Oleh karena itu sifatnya sering disajikan dalam  bentuk tabel. Beberapa sifat termodinamika dapat diukur dengan mudah, namun yang lain tidak dapat dan dihitung dengan menggunakan hubungan antara mereka dan sifat terukur. Hasil pengukuran ini dan perhitungan disajikan dalam tabel dalam format yang mudah digunakan. Di Diskusi berikut, tabel uap digunakan untuk menunjukkan penggunaan tabel  properti termodinamika. Tabel properti dari zat lain digunakan dengan dengan cara yang sama.

Untuk setiap substansi, sifat termodinamika tercantum di lebih dari satu meja Padahal, tabel terpisah disiapkan untuk masing-masing daerah yang diminati seperti uap super panas, cairan tekan, dan jenuh (campuran) daerah. Tabel properti diberikan dalam lampiran di SI dan Inggris unit. Tabel dalam unit bahasa Inggris membawa nomor yang sama dengan yang sesuai tabel di SI, diikuti oleh pengenal E. Tabel A-6 dan A-6E, untuk Contoh, daftar sifat uap air super panas, bekas di SI dan terakhir dalam satuan bahasa Inggris. Sebelum kita membahas pembahasan tabel properti, kita mendefinisikan properti baru yang disebut enthalpy. Properti Kombinasi Enthalpy-A Seseorang yang melihat tabel akan melihat dua properti baru: entalpi h dan entropi s. Entropi adalah properti yang terkait dengan hukum kedua termodinamika, dan kita tidak akan menggunakannya sampai benar didefinisikan dalam Bab.7. Namun, tepat untuk mengenalkan entalpi pada titik ini. Dalam analisis beberapa jenis proses, terutama dalam pembangkit tenaga listrik dan  pendinginan (Gambar 3-28), kita sering menghadapi kombinasi dari properti u Pv Demi kesederhanaan dan kenyamanan, kombinasi ini didefinisikan sebagai properti baru, entalpi, dan diberi simbol h: atau

Baik entalpi H dan entalpi spesifik h hanya disebut sebagai entalpi karena konteksnya mengklarifikasi mana yang dimaksud. Perhatikan itu Persamaan yang diberikan di atas  bersifat homogen secara dimensi. Artinya, unitnya dari produk volume tekanan mungkin  berbeda dari unit internal energi hanya dengan faktor (Gambar 3-29). Misalnya, mudah

ditunjukkan bahwa 1 kPa · m3=1 kJ. Pada beberapa tabel yang ditemui dalam prakteknya, internal energi u sering tidak terdaftar, tapi selalu bisa ditentukan dari

Meluasnya penggunaan entalpi properti adalah karena Profesor Richard Mollier, yang menyadari pentingnya kelompok u+ Pv dalam analisisnya turbin uap dan representasi sifat uap dalam tabular dan bentuk grafis (seperti pada bagan Mollier yang terkenal). Mollier menyebut kelompok u+Pv sebagai kandungan panas dan panas total. Istilah ini tidak cukup konsisten dengan terminologi termodinamika modern dan diganti pada tahun 1930-an oleh istilah entalpi (dari kata Yunani enthalpien, yang berarti panas). 1a Saturated Liquid dan Saturated Vapor States Sifat cairan jenuh dan uap jenuh untuk air tercantum dalam Tabel A-4 dan A-5. Kedua tabel memberikan informasi yang sama. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa pada properti Tabel A-4 tercantum di bawah suhu dan di Tabel A-5 di bawah tekanan. Oleh karena itu, lebih mudah menggunakan Tabel A-4 ketika suhu diberikan dan Tabel A-5 bila tekanan diberikan. Menggunakan Tabel A-4 diilustrasikan pada Gambar 3-30. Subskrip f digunakan untuk menunjukkan sifat cairan jenuh, dan subskrip g untuk menunjukkan sifat uap jenuh. Simbol ini adalah biasa digunakan dalam termodinamika dan  berasal dari bahasa Jerman. Lain Subskrip yang biasa digunakan adalah fg, yang menunjukkan perbedaan antara uap jenuh dan nilai cairan jenuh dari properti yang sama. Untuk contoh, = volume cairan jenuh tertentu = volume spesifik dari uap jenuh = perbedaan antara vg dan vf 1 yaitu,

Jumlah disebut entalpi penguapan  (atau panas laten penguapan). Ini mewakili jumlah energi yang dibutuhkan untuk menguapkan a satuan massa cairan jenuh pada suhu atau tekanan tertentu. Ini menurun karena suhu atau tekanan meningkat dan menjadi nol pada critical titik.

Contoh 3-1 Tekanan Cairan Jenuh dalam Tangki Tangki yang kaku mengandung 50 kg air cair jenuh pada suhu 90 ° C. Tentukan tekanan di tangki dan volume tangki. Solusi: Tangki yang kaku mengandung air cair jenuh. Tekanan dan volume dari tangki yang akan ditentukan. Analisis Keadaan air cair jenuh ditunjukkan pada diagram T-v pada Gambar 3-31. Karena kondisi saturasi ada di dalam tangki, tekanannya harus tekanan sat urasi pada 90 ° C:

Volume spesifik dari cairan jenuh pada suhu 90 ° C adalah Kemudian total volume tangki menjadi

Contoh3-2 Suhu Uap Jenuh dalam Silinder Perangkat piston-silinder berisi 2 ft³ uap air jenuh pada 50-psia tekanan. Tentukan suhu dan massa uap di dalam silinder. Solusi Sebuah silinder berisi uap air jenuh. Suhu dan Massa uap harus ditentukan.

Analisis Kondisi uap air jenuh ditunjukkan pada diagram P-v pada Gambar 3-32. Karena silinder mengandung uap jenuh pada 50 psia, maka suhu di dalam harus menjadi suhu jenuh pada tekanan ini: Volume spesifik uap jenuh pada 50 psia adalah Kemudian massa uap air di dalam silinder sili nder menjadi

Contoh 3-3 Volume dan Perubahan Energi selama Penguapan Massa 200 g air cair jenuh benar-benar diuapkan pada konstanta tekanan 100 kPa Tentukan (a) perubahan volume dan (b) jumlah energi ditransfer ke air . Solusi: Larutan Air cair jenuh diuapkan pada tekanan konstan. Volume perubahan dan energi yang ditransfer harus ditentukan. Analisis (a) Proses yang diuraikan diilustrasikan pada diagram P-v pada Gambar 3-33.

Perubahan volume per satuan massa selama proses penguapan adalah yang mana  perbedaan antara vg dan vf. Membaca nilai-nilai ini dari Tabel A-5 di 100 kPa dan mengganti hasil Demikian (b) Jumlah energi yang diperlukan untuk menguapkan massa satuan zat pada a Tekanan yang diberikan adalah entalpi penguapan pada tekanan tersebut, yaitu = 2257,5 kJ / kg untuk air pada 100 kPa. Dengan demikian, jumlah energi yang ditransfer adalah Pembahasan Perhatikan bahwa kita telah mempertimbangkan empat angka desimal pertama dari vfg dan mengabaikan sisanya. Hal ini karena vg memiliki jumlah signifikan ke pertama empat tempat desimal saja, dan kita tidak tahu angka di sisi yang lain tempat desimal. Menyalin semua digit dari kalkulator akan berarti itu kita mengasumsikan vg=1.694100, yang belum tentu demikian. Itu bisa sangat baik menjadi bahwa vg =1.694138 karena jumlah ini juga akan terpotong 1,6941. Semua digit dalam hasil kami (1.6931) signifikan. Tapi jika kita melakukannya Tidak memotong hasilnya, kita akan mendapatkan vfg =1.693057, yang salah menyiratkan bahwa hasil kami akurat ke tempat desimal keenam.

1b Campuran Uap Cair Jenuh

Selama proses penguapan, zat ada sebagai bagian cair dan sebagian uap air. Artinya, itu adalah campuran cairan jenuh dan uap jenuh (Gambar 3-34). Untuk menganalisa campuran ini dengan benar, kita perlu mengetahui proporsinya dari fase cairan dan uap dalam campuran. Hal ini dilakukan dengan mendefinisikan sebuah properti baru yang disebut kualitas x sebagai rasio massa uap terhadap total massa campuran:

Dimana Kualitas hanya memiliki arti untuk campuran jenuh. Tidak ada artinya daerah uap padat atau uap yang dikompres. Nilainya antara 0 dan 1. Kualitas sistem yang terdiri dari cairan jenuh adalah 0 (atau 0 persen), dan kualitas sistem yang terdiri dari uap jenuh adalah 1 (atau 100  persen). Dalam campuran jenuh, kualitas bisa menjadi salah s alah satu dari keduanya sifat intensif intensi f independen diperlukan untuk menggambarkan suatu keadaan. Perhatikan bahwa sifat cairan  jenuh adalah sama apakah itu ada sendiri atau di campuran dengan uap jenuh. Selama proses  penguapan, hanya jumlah perubahan cairan jenuh, bukan sifatnya. Hal yang sama bisa dikatakan tentang uap jenuh . Campuran jenuh dapat diperlakukan sebagai kombinasi dari dua subsistem: cairan jenuh dan uap jenuh. Namun, jumlah massa Untuk setiap fase biasanya tidak diketahui. Karena itu, seringkali lebih nyaman

untuk membayangkan bahwa kedua fasa itu tercampur rata, membentuk homogen campuran (Gambar 3-35). Maka sifat dari "campuran" ini akan menjadi begitu saja sifat rata-rata dari campuran cairan-uap jenuh yang sedang dipertimbangkan. Begini cara melakukannya. Perhatikan tangki yang berisi campuran uap cair jenuh. Volume Diduduki oleh cairan jenuh adalah Vf, dan volume diduduki oleh jenuh uap adalah Vg. Total volume V adalah jumlah dari dua:

Dibagi dengan Sesudah

Dimana

rumus ini dapat dinyatakan sebagai

dapat dipecah

Berdasarkan persamaan ini, kualitas dapat dikaitkan dengan jarak horisontal pada diagram Pv atau T-v (Gambar 3-36). Pada suhu atau tekanan tertentu, pembilang Persamaan 3-5 adalah  jarak antara keadaan sebenarnya dan jenuh keadaan cair, dan penyebutnya adalah panjang keseluruhan horisontal garis yang menghubungkan cairan jenuh dan uap jenuh. Keadaan Kualitas 50 persen terletak di tengah garis horizontal ini.

Analisis yang diberikan di atas dapat diulang untuk energi internal dan entalpi dengan hasil sebagai berikut:

Semua hasilnya memiliki format yang sama, dan bisa diringkas dalam satu persamaan sebagai dimana y adalah v, u, atau h. Subskrip "avg" (untuk "rata-rata") biasanya dijatuhkan untuk kesederhanaan Nilai sifat rata-rata campuran adalah selalu antara nilai antara nilai cairan jenuh dan uap  jenuh sifat (Gambar 3-37). Itu adalah,

Akhirnya, semua keadaan campuran jenuh berada di bawah saturasi kurva, dan untuk menganalisa campuran jenuh, yang kita butuhkan adalah cairan jenuh dan data uap jenuh (Tabel A-4 dan A-5 dalam kasus air). 3-4 Tekanan dan Volume Campuran Jenuh Tangki yang kaku berisi 10 kg air pada suhu 90 ° C. Jika 8 kg air berada di bentuk cair dan sisanya dalam bentuk uap, tentukan (a) tekanan di tangki dan (b) volume tangki. Solusi Tangki yang kaku mengandung campuran jenuh. Tekanan dan volumenya dari tangki yang akan ditentukan. Analisis a. Keadaan campuran uap cair jenuh ditunjukkan di Gambar 3-38. Karena dua fase hidup berdampingan dalam ekuilibrium, kita memiliki kejenuhan campuran, dan tekanan harus menjadi tekanan saturasi pada suhu yang diberikan:

 b. Pada suhu 90 ° C, kita memiliki vf = 0,001036 m3 / kg dan vg = 2,3593 m3 / kg (Tabel A-4). Salah satu cara untuk menemukan volume tangki adalah menentukan volume ditempati oleh setiap fase dan kemudian menambahkannya:

Cara lain adalah dengan pertama menentukan kualitas x, maka rata -rata volume tertentu v, dan akhirnya total volume:

Dan Pembahasan : Metode pertama nampaknya lebih mudah dalam hal ini sejak Massa setiap fase diberikan. Dalam kebanyakan kasus, bagaimanapun, massa masing-masing fase tidak tersedia, dan metode kedua menjadi lebih nyaman.

Contoh 3-5 Sifat Campuran Uap Cair Jenuh

Kapal 80-L mengandung 4 kg zat pendingin-134a pada tekanan 160 kPa. Tentukan (a) suhu, (b) kualitas, (c) entalpi zat pendingin, dan (d) volume yang ditempati oleh fase uap. Solusi Sebuah bejana diisi dengan refrigeran-134a. Beberapa properti dari zat pendingin harus ditentukan. Analisis a. Keadaan campuran uap cair jenuh ditunjukkan di Gambar 3-39. Pada titik ini kita tidak tahu apakah refrigeran berada di dalam cairan terkompresi, uap super panas, atau daerah campuran jenuh. Ini bisa ditentukan dengan membandingkan properti yang sesuai dengan cairan jenuh dan nilai uap jenuh Dari informasi yang diberikan, kita bisa menentukan volume tertentu:

Pada 160 kPa, kita baca

Jelas, vf< v< vg, dan zat pendingin berada dalam campuran jenuh wila yah. Dengan demikian, suhu harus menjadi suhu jenuh di tekanan yang ditentukan:  b. Kualitas dapat ditentukan dari

c. Pada 160 kPa, kita juga membaca dari Tabel A-12 bahwa hf= 31,21 kJ / kg dan hfg= 209,90 kJ / kg Kemudian,

d. Massa uapnya adalah dan volume yang ditempati oleh fase uap tersebut Sisa volume (2,5 L) ditempati oleh cairan.

Tabel properti juga tersedia untuk campuran uap padat padat. Sifat campuran uap air es  jenuh, misalnya, tercantum dalam Tabel A-8. Campuran uap padat jenuh dapat ditangani sama jenuh campuran cairan-uap. Tabel-tabel eko juga tersedia untuk campuran padat-uap

 jenuh. Sifat campuran uap air es jenuh, misalnya, tercantum dalam Tabel A-8. Campuran uap  padat jenuh dapat ditangani sama jenuh campuran cairan-uap. 2. uap panas Di wilayah di sebelah kanan garis uap jenuh dan pada suhu Di atas suhu titik kritis, zat ada sebagai uap super panas. Karena daerah super panas adalah daerah fase tunggal (fase uap saja), suhu dan tekanan tidak lagi tergantung sifatnya dan bisa Mudah digunakan sebagai dua sifat independen dalam tabel. Itu Format tabel uap superpanas diilustrasikan pada Gambar 340.

Dalam tabel ini, sifat-sifatnya terdaftar terhadap suhu untuk dipilih Tekanan dimulai dengan data uap jenuh. Suhu jenuh diberikan dalam tanda kurung mengikuti nilai tekanan. Dibandingkan uap jenuh, uap superheat ditandai dengan

CONTOH 3-6 Energi Internal Uap Panas

Tentukan energi internal air pada 20 psia dan 400 ° F. Solusi : Energi internal air pada keadaan tertentu harus ditentukan. Analisis: Pada 20 psia, suhu jenuh adalah 227,92 ° F. Karena T> Tsat, airnya berada di daerah uap super panas. Kemudian energi internal di suhu dan tekanan yang ditentukan ditentukan dari  panas yang super meja uap (Tabel A-6E).

CONTOH 3-7 Suhu Uap Panas Tentukan suhu air pada keadaan P = 0.5 MPa dan h = 2890 kJ / kg Solusi :

Suhu air pada keadaan tertentu ditentukan. Analisis:

Pada 0,5 MPa, entalpi uap air jenuh adalah adalah hg 2748,1 kJ / kg Karena Karena h > hg, seperti ditunjukkan pada Gambar 3-41, kita kembali memiliki superheated uap air. Di bawah 0,5 MPa pada Tabel A-6

Jelas, suhu antara 200 dan 250 ° C. Dengan interpolasi linier itu ditentukan untuk menjadi

Diketahui: n=2890 kj/kg  p= 0,5 Mpa Ditanya: suhu air? Jawab=

− 9−8,8 −  = 9−89  −

=

, 

3550 3550 = 2630 263000  105, 105,2 2 3550 3550  2630 263000 = (10 (105,5,2) 2 ) 227 22750 50 = (10 (105,2 5,2) ) − , = T 216,3= 3 Cairan Kompresi Tabel cairan padat tidak seperti yang biasa tersedia, dan Tabel A-7 adalah satu-satunya meja cairan terkompresi dalam teks ini. Format Tabel A-7 sangat seperti format tabel uap super  panas. Salah satu alasan kekurangannya Data cairan yang dikompresi adalah relatif independen dari cairan tekan sifat dari tekanan Variasi sifat cairan kompresi dengan Tekanan

sangat ringan. Meningkatnya tekanan 100 kali sering menyebabkan sifat untuk mengubah kurang dari 1 persen. Dengan tidak adanya data cairan terkompresi, pendekatan umum adalah untuk mengobati cairan terkompresi sebagai cairan jenuh  jenuh   pada suhu yang diberikan (Gambar 3-42). Hal ini karena sifat cairan yang dikompresi bergantung pada suhu  jauh lebih kuat daripada yang mereka lakukan lakukan pada tekanan. Demikian,

untuk cairan terkompresi, di mana y adalah v, u, atau h. Dari ketiga sifat tersebut, Properti yang nilainya paling sensitif terhadap variasi tekanan adalah entalpi h. Meskipun aproksimasi di atas menghasilkan kesalahan yang diabaikan pada v dan u, kesalahan dalam h mungkin mencapai tingkat yang tidak diinginkan. Namun kesalahan dalam h Pada tekanan rendah sampai sedang dan suhu dapat dikurangi secara signifikan dengan mengevaluasinya dari mengambilnya menjadi hanya hf. Perhatikan, bagaimanapun, bahwa aproksimasi diPers. 3-9 tidak menghasilkan perbaikan yang berarti secara moderat sampai tinggi suhu dan tekanan, dan bahkan bisa menjadi bumerang dan menghasilkan lebih besar Kesalahan akibat overcorrection pada suhu dan tekanan yang sangat tinggi (lihat Kostik, Ref. 4). Secara umum, cairan kompresi ditandai oleh

Tapi tidak seperti uap super panas, sifat cairan yang dikompresi tidak jauh berbeda dari nilai cairan jenuh yang sesuai.

CONTOH 3-8 Approximating Compressed Liquid Tentukan energi internal air cair tekan pada suhu 80 ° C dan 5 MPa, menggunakan a. data dari tabel cairan tekan dan  b. cairan jenuh data. Apa kesalahan yang terlibat dalam kasus kedua?

Solusi:  Nilai yang tepat dan perkiraan dari energi internal cairan air harus ditentukan. Analisis Pada suhu 80 ° C, tekanan saturasi air adalah 47,416 kPa, dan karena 5 MPa > Psat, kita jelas memiliki cairan kompresi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3-

a. Dari tabel cairan yang dikompresi (Tabel A-7)

 b. Dari tabel saturasi (Tabel A-4), kita membaca Kesalahan yang terlibat adalah

yang kurang dari 1 persen. Referensi Negara dan Nilai Referensi Referensi  Nilai u, h, dan s tidak dapat diukur secara langsung, dan dihitung dari sifat terukur menggunakan hubungan antara termodinamika properti. Namun, hubungan tersebut memberi  perubahan pada sifat bukan nilai properti di negara negara tertentu. Karena itu, kita perlu memilih keadaan referensi yang mudah digunakan dan memberikan nilai nol untuk kenyamanan  properti atau properti pada keadaan itu. Untuk air, keadaan cairan jenuh pada 0,01 ° C diambil sebagai acuan, dan energi internal dan entropi diberi nilai nol pada keadaan itu Untuk refrigeran-134a, keadaan jenuh Cairan pada suhu -40 ° C diambil sebagai rujukan, dan entalpi dan entropi diberi nilai nol pada keadaan itu. Perhatikan bahwa beberapa properti mungkin memiliki nilai negatif sebagai hasil dari keadaan referensi yang dipilih. Harus disebutkan bahwa terkadang tabel yang berbeda mencantumkan nilai yang berbeda untuk beberapa properti pada keadaan yang sama sebagai hasil dari penggunaan referensi yang berbeda negara. Namun, dalam termodinamika kita memperhatikan perubahannya sifat, dan keadaan referensi yang dipilih tidak ada konsekuensinya dalam perhitungan selama kita menggunakan nilai dari seperangkat tabel atau grafik yang konsisten

CONTOH 3-9 Penggunaan Tabel Uap untuk Menentukan Menentukan Properti Tentukan properti yang hilang dan deskripsi fase berikut ini meja untuk air:

Solusi Properties dan deskripsi fase air harus ditentukan di berbagai negara bagian. Analisis (a) Kualitas diberikan untuk menjadi x 0,6, yang berarti bahwa 60 persen massa berada dalam fase uap dan 40 persen sisanya masuk fase cair Oleh karena itu, kita memiliki campuran cairan-uap jenuh pada a tekanan 200 kPa Maka suhu pastinya harus suhu  jenuh pada tekanan yang diberikan: diberikan: Pada 200 kPa, kita juga membaca dari Tabel A-5 yang uf = 504,5 k k / kg dan ufg=2024,6 kJ / kg Kemudian energi internal rata-rata campuran adalah

(b) Kali ini suhu dan energi internal diberikan, tapi kita melakukannya Tidak tahu meja mana yang digunakan untuk menentukan properti yang hilang karena kita tidak tahu apakah kita memiliki campuran jenuh, cairan terkompresi, atau uap super panas. Untuk menentukan daerah tempat kita berada, kita pertama-tama menuju ke meja saturasi (Tabel A-4) dan tentukan nilai uf dan ug pada nilai yang diberikan suhu. Pada 125 ° C, kita membaca uf = 524,83 kJ / kg dan ug= 2534,3 kJ / kg. Selanjutnya kita bandingkan nilai u yang diberikan dengan nilai uf dan ug ini,

Dalam kasus kami nilai u yang diberikan adalah 1600, yang termasuk di antara nilai uf dan ug pada suhu 125 ° C. Oleh karena itu, kita memiliki campuran cairan-uap jenuh. Lalu Tekanan harus tekanan saturasi pada suhu yang diberikan: Kualitas ditentukan dari

Kriteria di atas untuk menentukan apakah kita memiliki cairan tekan, campuran jenuh, atau uap super panas juga bisa digunakan saat entalpi h atau volume spesifik v diberikan alih-alih energi internal u, atau bila tekanan diberikan bukan suhu. (C) Hal ini serupa dengan kasus (b), kecuali tekanan diberikan sebagai pengganti suhu. Setelah argumen yang diberikan di atas, kita membaca nilai uf dan ug di tekanan yang ditentukan Pada 1

MPa, kita memiliki uf =761,39 kJ / kg dan ug= 2582,8 kJ / kg Nilai u yang ditentukan adalah 2950 kJ / kg, yang lebih besar dari nilai ug di 1 MPa. Oleh karena itu, kita memiliki uap super panas, dan suhu pada saat ini Keadaan ditentukan dari tabel uap superpanas dengan interpolasi Kami akan membiarkan kolom kualitas kosong dalam hal ini karena kualitasnya tidak artinya untuk uap super panas. (D) Dalam hal ini suhu dan tekanan diberikan, tapi sekali lagi kita tidak bisa Beritahu meja mana yang akan digunakan untuk menentukan properti yang hilang karena kita melakukannya Tida tahu apakah kita memiliki campuran jenuh, cairan terkompresi, atau super panas uap air. Untuk menentukan daerah kita berada, kita menuju kejenuhan tabel (Tabel A-5) dan tentukan nilai suhu saturasi pada diberi tekanan Pada 500 kPa, kita memiliki Tsat =151,83 ° C. Kami kemudian membandingkan diberi nilai T untuk nilai Tsat ini, ingatlah itu

Dalam kasus kami, nilai T yang diberikan adalah 75 ° C, yang nilainya kurang dari nilai Tsat pada tekanan yang ditentukan. Oleh karena itu, kita memiliki cairan kompresi (Gambar 344), dan biasanya kita akan menentukan nilai energi internal dari yang dikompres meja cair Tapi dalam hal ini tekanan yang diberikan jauh lebih rendah dari nilai tekanan terendah dalam tabel cairan terkompresi (yaitu 5 MPa), dan oleh karena itu kita dibenarkan untuk merawat cairan yang dikompresi sebagai cairan jenuh pada suhu yang diberikan (bukan tekanan): Kami akan membiarkan kolom kualitas kosong dalam hal ini karena kualitasnya tidak artinya di daerah cair terkompresi. e) Kualitas diberikan untuk menjadi x 0, dan dengan demikian kita memiliki cairan jenuh pada tekanan tertentu 850 kPa. Maka suhu harus menjadi saturasi suhu pada tekanan yang diberikan, dan energi internal harus memilikinilai cairan jenuh:

3-6

■ PERSYARATAN

IDEAL GAS NEGARA

Tabel properti memberikan informasi yang sangat akurat tentang properti, namun Mereka berukuran besar dan rentan terhadap kesalahan ketik. Yang lebih praktis dan Pendekatan yang diinginkan adalah memiliki beberapa hubungan sederhana di antara sifat-sifatnya yang cukup umum dan akurat. Setiap persamaan yang berhubungan dengan tekanan, suhu, dan volume tertentu dari sebuah zat disebut persamaan keadaan. Hubungan properti itu melibatkan sifat lain dari suatu zat pada keadaan ekuilibrium juga disebut sebagai persamaan negara Ada beberapa persamaan keadaan, beberapa sederhana dan yang lain sangat kompleks. Persamaan negara yang paling sederhana dan paling terkenal Zat dalam fase gas adalah persamaan gas ideal negara. Persamaan ini memprediksi perilaku P-v-T gas cukup akurat dal am beberapa benarwilayah terpilih. Gas dan uap sering digunakan sebagai kata-kata sinonim. Fase uap a Zat ini biasa disebut gas bila berada di atas suhu kritis. Uap biasanya menyiratkan gas yang tidak jauh dari keadaan kondensasi. Pada tahun 1662, Robert Boyle, seorang Inggris, mengamati selama eksperimennya dengan ruang vakum bahwa tekanan gas berbanding terbalik untuk volume mereka Pada tahun 1802, J. Charles dan J. Gay-Lussac, orang Prancis, bereksperimen ditentukan bahwa pada tekanan rendah volume gas proporsional untuk suhu nya. Itu adalah,

Atau dimana konstanta proporsionalitas R disebut konstanta gas. Persamaan 3-10 disebut persamaan gas ideal keadaan, atau hanya hubungan gas ideal, dan gas yang mematuhi relasi ini disebut gas ideal. Dalam persamaan ini, P adalah tekanan absolut, T adalah suhu absolut, dan v adalah volume tertentu. Konstanta gas R berbeda untuk setiap gas (Gambar 3-45) dan ditentukan dari

dimana Ru adalah konstanta gas universal dan M adalah massa molar (juga disebut berat molekul) gas. Ru konstan adalah sama untuk semua zat, dan nilainya i.

TUGAS TERMODINAMIKA Terjemahan Bab 3 Buku Thermodinamika Hal 138-151

Dosen Pengampu: Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng.

Disusun oleh : Fadillah Rahman M. K2516025

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK MESIN FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET 2017

Fadillah ada di file tersendiri

TUGAS TERMODINAMIKA Terjemahan Bab 3 Buku Thermodinamika Hal 152-164

Dosen Pengampu: Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng.

Disusun oleh : Fuad Yanuar W. K2516027

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK MESIN FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET 2017

CONTOH 3 –  14   14 Penurunan Temperatur Danau Karena Penguapan

Pada musim panas, temperatur udara disekitar Danau sekitar 25° C. Tentukan suhu air Danau saat kondisi setimbang antara air di danau dan uap di udara jika uap relatif 10, 80, 80, dan 100  persen untuk udara (Fig. 3-65).

Solusi

Udara dengan temperatur tertentu berhembus melalui sebuah danau. Keseimbangan temperatur air untuk tiga masalah berbeda yang yang akan ditentukan. Analisis Titik jenuh air pada 25° C, dari tabel 3-1, adalah 3.17 kPa. Kemudian tekanan uap relative 10, 80, dan 100 persen ditentukan sekitar EQ 3-29. Uap relatif = 10% :

Pv1= Ø1 Psat @ 25˚ C = 0,1 X (3,17 kPa) = 0,317 kPa

Uap relatif = 80% :

Pv2= Ø2 Psat @ 25˚ C = 0,8 X (3,17 kPa) = 2,536 kPa

Uap relatif = 100% :

Pv3 = Ø3 Psat @ 25˚ C = 1,0 X (3,17 kPa) = 3,17 kPa

Temperatur jenuh sesuai dengan tekanan ini ditentukan dari tabel 3-1 (atau meja A-5) dengan interpolasi. T1 = -8,0˚ -8,0˚ C

T2 = 21,2˚ C

dan T3 = 25˚ C

Oleh karena itu, air akan membeku dalam kasus pertama meskipun udara sekitarnya panas. Dalam kasus terakhir suhu air akan menjadi sama sa ma seperti suhu udara disekitarnya. Diskusi

Masalah anda tentang pembekuan ketika temperatur udara pada 25° C. Suhu air turun 8° C di  bawah batas dan tidak ada transfer panas ke permukaan air. Dalam penelitian peneliti an ini, temperatur air lebih rendah dari temperatur udara, tetapi tidak sampai 8° C karena (1) itu sangat tidak mungkin jika temperatur danau menjadi begitu kering (kelembaban relatif hanya 10 persen) dan (2) seperti suhu air di sekitar permukaan, perpindahan panas dari udara ke bagian dasar air akan cenderung berhenti untuk menerima panas dan menjaga temperatur air agar tidak turun terlalu banyak. Menstabilkan temperatur air ketika mendapatkan panas dari udara sekitar mengakibatkan air akan kehilangan panas pada saat penguapan, yaitu ketika keseimbangan dinamika antara panas dan transfer massa bukan keseimbangan fasa. Jika

Anda melakukan percobaan ini dengan baik menggunakan lapisan bawah air dalam panci terisolasi, Anda bisa bendar-benar membekukan air jika udara sangat kering dan relatif dingin.

152 Suatu zat yang memiliki komposisi kimia tetap disebut zat murni. Zat murni di dalam fase yang berbeda bergantung pada tingkat energi. Dalam cairan, zat yang tidak digunakan untuk menguapkan disebut dikompresi atau cairan dingin. Dalam f asa gas, zat yang tidak digunakan untuk mengembun disebut uap superpanas. Selama proses perubahan fase, suhu dan tekanan zat murni bergantung pada sifat. Dapat dipastikan bahwa, suatu zat yang mengalami  perubahan fase pada suhu tetap, merupakan zat yang sudah mencapai temperature jenuh. Demikian juga, pada temperature tertentu, tekanan pada suatu zat yang mengalami perubahan fase disebut tekanan jenuh. Selama proses pemanasan, cairan kedua dan fasa uap akan samasama seimbang, dan dalam kondisi cair disebut cairan jenuh dan uap jenuh.

Dalam campuran cairan uap jenuh, fraksi massa uap memiliki harga dan dinyatakan x

Muap = 

Harga yang memiliki nilai-nilai antara 0 (jenuh cair) sampai 1 (jenuh uap). Jika tidak digunakan dalam tekanan cairan dapat disebut juga uap superpanas. Di dalam campuran  jenuh, nilai rata-rata setiap bahan dinyatakan dalam y = yf + xyfg dimana f dalam caian jenuh dan g untuk uap jenuh. Dengan tidak tekanan cairan dalam data, kira kira untuk menggantikan tekanan cairan dalam cairan jenuh yang diberikan temperatur, y = yf @ T dimana y berpengaruh untuk v, u, atau h. Di luar negeri jika terjadi penguapan seperti ini disebut titik kritis. Pada tekanan yang sangat tinggi, zat secara bertahap dan bersama akan melepaskan diri dari cairan dan terjadi  penguapan. Ketiga fasa zat tersebut akan selalu berhubungan di dalam kurva yang ditandai dengan hubungan antara suhu dan tekanan. Tekanan cairan yang memiliki v, u, dan h yang rendah dalam cairan jenuh bisa disebut juga T atau P. Demikian juga, uap superpanas yang memiliki v, u, dan h lebih tinggi dalam uap jenuh biasa disebut juga T atau P. Hubungan antara tekanan, suhu, dan jumlah zat disebut juga dengan persamaan keadaan. Yang paling simple dan terkenal dari persamaan keadan dapat dirumuskan Pv = RT dimana R yang berarti gas tetap. Perhatian harus dilakukan jika menggunnakan rumus ini karena gas ideal adalah zat fiktif. Gas nyata berperan seperti gas ideal yaitu yaitu di antara tekanan yang relatif rendah dan suhu yang tinggi. Peran gas gas ideal dapat dibuktikan dibuktikan dengan dengan menggunakan faktor

Z, didefinisikan

sebagai z

 =   

atau

Pr

=    

dimana Z adalah sama untuk semua gas yaitu sama-sama mengurangi temperatur dan mengurangi tekanan, yang didefinisikan sebagai Tr

 =    dan  = 

dimana Pcr dan Tcr adalah tekanan kritis dan suhu. Hal ini dikenal sebagai prinsip sesuai ketentuan. Ketika diantara P atau T tidak diketahui, dapat ditentukan

dari tabel compressibility dengan bantuan cara mengurangi volume spesifik, didefinisikan sebagai

=  ℎ / P-v-T dari zat dapat diketahui lebih akurat oleh persamaan yang lebih kompleks. Tiga yang  paling terkenal Van der Waals:

+   (   ) = 

dimana

dimana Ru konstanta gas universal dan V adalah molaritas volume.

153 REFERENSI DAN DISARANKAN UNTUK MEMBACA

1. ASHRAE Handbook of Fundamentals. Fundamentals. SI version. version. Atlanta, GA: American American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers, Inc., 1 993. 2. ASHRAE Handbook of Refrigeration. SI version. Atlanta, GA: American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers, Inc., 1994. 3. A. Bejan. Advanced Engineering Thermodynamics. 2 nd ed. New York: Wiley, 1997. 4. M. Kostic. Analysis of Enthalpy Approximation for Compressed Liquid Water. IMECE 2004, ASME Proceedings, ASME, New York, 2004.

MASALAH Zat Murni, Proses Perubahan Fasa, Diagram Properti

3-1C Apakah air es merupakan zat murni? Mengapa? 3-2C Apakah perbedaan antara cairan jenuh dan tekanan cairan? 3-3C Apakah perbedaan antara uap jenuh dan uap superpanas? 3-4C Adakah beberapa perbedaan antara bagian penting dari uap jenuh yang diberi temperature dan uap dari campuran jenuh dengan temperature yang sama? 3-5C Adakah beberapa perbedaan antara bagian penting dari cairan jenuh yang diberi temperature dan cairan dari campuran jenuh dengan temperature yang sama? 3-6C Apakah benar jika pemanasan air di lakukan di temperature tinggi dan tekanan tinggi? Jelaskan

3-7C Jika tekanan dari zat meningkat selama proses pemanasan, akankah temperature juga meningkat atau tetap konstan? Mengapa? 3-8C Mengapa temperatur dan tekanan berpengaruh terhadap campuran jenuh? 3-9C Apakah perbedaan antara titik kritis dan titik tripel 3 –  10C  10C Apakah mungkin uap air terjadi di 10° C? 3-11C Seorang ibu rumah tangga memasak daging da ging sapi rebus untuk keluarga dalam panci yang (a) tidak tertutup, (b) tertutup dengan kaca, dan (c) tertutup rapat. Manakah waktu memasak yang terpendek? Mengapa? 3-12C Apa perbedaan proses mendidih pada tekanan superkritis dan proses mendidih pada tekanan subkritis? Tabel properti

3-13C Dalam apa panci yang seperti apakah jika diberi volume air akan mendidih pada temperatur yang lebih tinggi; apakah panci yang tinggi dan sempit atau pendek dan lebar? Jelaskan. 3-14C Panci dan tutupnya biasanya sering lengket setelah digunakan untuk memasak, itu menjadikan panci sangat susah untuk dibuka ketika panci dingin. Jelaskan mengapa hal ini terjadi dan apa yang akan anda lakukan untuk membuka tutupnya. 3-15C Udara di sekitar pendingin udara pasti akan hangat akan hangat. Sekarang jika udara disekitar pendingin dicampur dengan bensin. Menurutmu apakah campuran gas disekitar  pendingin akan mempengaruhi? mempengaruhi? 3-16C Tahun 1775, Dr. William Cullen membuat es di Skotlandia dengan cara memindah udara dalam tangki air. Jelaskan bagaimana cara alat bekerja, dan diskusikan bagaimana cara membuat proses tersebut lebih efisien. 3-17C Apa yang terjadi jika memanaskan 1 kg larutan jenuh pada 100° C apakah jumlah  panas yang dilepas sama dengan saat memanaskan 1 kg uap jenuh pada 100° C? 3-18C Apakah titik acuan yang dipilih untuk mengetahui bahwa zat memiliki efek pada analisis termodinamika? Mengapa? 3-19C Apakah arti dari h fg. Bisakah diperoleh dari perhitungan h f  dan  dan h g? Bagaimana? 3-20C benarkah jika dibutuhkan lebih banyak energi untuk menguapkan 1 kg cairan jenuh  pada 100° C daripada diupkan di 120° C? 3-21C Apakah kualitas? Apakah ada hubungannya dengan wilayah uap superpanas? 3  –  22C  22C Manakah proses yang memerlukan lebih banyak energy; benar-benar menguapkan 1 kg cairan jenuh pada tekanan 1 atm atau menguapkan 1 kg cairan jenuh pada tekanan 8 atm?

3 –  23C  23C Apakah h fg dapat dirubah dengan tekanan? Bagaimana?

154

3-24C Dapatkah kualitas dinyatakan sebagai rasio volume di dalam fasa uap untuk total volume? Jelaskan. 3-25C Dalam tidak adanya tekanan cairan dalam tabel, bagaiman cara mencari P dan T pada volume tetap tekanan cairan? 3-26 Lengkapi tabel berikut untuk H 2O T,˚C

P, kPa

50

v, m 3/kg

Deskripsi fasa

4,16 200

250

400

110

600

Uap jenuh

3-27 Mempertimbangkan kembali masalah 3-26. Menggunakan EES (atau lainnya) perangkat lunak, untuk menentukan sifat yang hilang dari air. Ulangi solusi dengan pendingin-134a,  pendingin-22, dan amonia. amonia. 3-28 E Lengkapi tabel berikut untuk H 2O T, ˚F

P, psia

300

u, Btu/lbm

Deskripsi fasa

782 40

500

120

400

400

Cairan jenuh

3-29 E mempertimbangkan kembali masalah 3-28 E. Menggunakan EES (atau lainnya)  perangkat lunak, untuk menentukan sifat yang hilang dari air. Ulangi solusi dengan  pendingin-134a, pendingin-22, pendingin-22, dan ammonia. 3-30 Lengkapi tabel berikut untuk H 2O T,˚C

P, kPa 200

h, kJ/kg

x 0,7

Deskripsi fasa

140

1800 950

80

0,0

500 800

3162,2

3-31 Lengkapi tabel berikut untuk pendingin-134a T, ˚C

P, kPa

-8

320

30

v, m 3/kg

Deskripsi fasa

0,015 180

80

Uap jenuh

600

3-32 Lengkapi tabel berikut untuk pendingin-134a T, ˚C  ˚C 

P, kPa

20

u, kJ/kg

Deskripsi fasa

95

-12

Cairan jenuh 400

8

300

600

3-33 E Lengkapi tabel berikut untuk pendingin-134a T, ˚F

P, psia

h, Btu/lbm

80

78

15 10

X

0,6 70

Deskripsi fasa

180

129,46

110

1,0

3-34 Lengkapi tabel berikut untuk H 2O T, ˚C

P, kPa

140

v, m 3/kg 0,05

550 125

Deskripsi fasa

Cairan jenuh

750

500

0,140

3-35 Lengkapi tabel berikut untuk H 2O T, ˚C  ˚C 

P, kPa

u, kJ/kg

400

1450

220 190

Deskripsi fasa

Uap jenuh 2500 4000

3040

3-36 1.8-m 3 tangki kaku berisi uap pada 220° C. Satu per tiga dari volume dalam fase cair dan sisanya dalam bentuk uap. Tentukan (a) tekanan uap, (b) kualitas campuran jenuh, dan (c) kepadatan campuran.

3-37 Sebuah piston-silinder berisi 0,85 kg dengan pendingin-134a di 10° C. Piston yang  bergerak bebas memiliki massa 12 kg dan diameter 25 cm. Tekanan atmosfer setempat adalah 88 kPa. Sekarang, panas ditransfer ke pendingin-134a

155 sampai temperatur 15° C. Tentukan (a) Tekanan akhir, (b) perubahan volume silinder, dan (c) Perubahan entalpi pendingin-134a. 3-38 E Suhu di penanak nasi selama memasak diukur sebesar 250° F. Tentukan tekanan di dalam penanak dalam psia dan atm. Akankah anda mengubah jawaban anda jika dipidahkan ke tempat yang lebih tinggi?

3-39 E Tekanan atmosfer biasanya diketahui standar, tetapi tekanan atmosfer berubah karena kondisi cuaca. Perkiraan cuaca disebuah negara, tekanan atmosfer turun saat badai dan naik saat cerah. Jika perbedaan perbedaan tekanan antara dua dua kondisi ekstrim ekstrim tersebut diberi 0,3 0,3 merkuri, tentukan berapa besar perubahan titik didih air dari cuaca ekstrem yang satu ke yang lain. 3-40 Seseorang sedang memasak makanan dalam panci diameter 30 cm yang ditutup dengan rapat dan mendinginkan makanan dalam suhu kamar 20°C. Massa total makanan dan panci adalah 8 kg. Sekarang dia mencoba untuk membuka panci dengan mengangkat tutupnya. Dengan asumsi tidak ada udara yang masuk ke dalam panci selama pendinginan, tentukan apakah tutup panci bisa dibuka atau tutup panci akan lengket dengan panci dan terangkat  bersama saat membuka tutup panci. 3-41 Air yang direbus dalam panci stainless steel berdiameter 30 cm diletakkan di atas kompor listrik 3-kW. Jika

60% panas yang dihasilkan oleh pembakaran ditransfer ke air saat mendidih, tentukan laju  penguapan air. 3-42 Ulangi masalah 3-41 untuk ketinggian 1500 m dimana tekanan atmosfir 84,5 kPa dan air akan mendidih pada 95 ° C.

3-43 Air direbus pada tekanan 1 atm dalam panci stainless steel berdiameter 25 cm dengan mnggunakan kompor listrik. Jika diperhatikan air di dalam panci turun 10 cm dalam waktu 45 menit, tentukan laju perpindahan panas ke panci. 3-44 Ulangi masalah 3-43 untuk ketinggian 2000 m dimana tekanan atmosfir standar adalah 79,5 kPa. 3-45 Uap jenuh dihasilkan dari turbin uap pembangkit listrik yang menguap pada suhu 30 ° C dengan diameter bagian luar 3 cm, panjang tabung 35 m dan kecepatan 45 kg / jam. ja m. Tentukan  besar perpindahan panas dari uap ke pendingin pendingin air yang mengalir melalui pipa. 3-46 Tekanan atmosfer rata-rata di Denver (ketinggian 1610 m) adalah 83,4 kPa. Tentukan suhu air dalam panci yang tidak ditutup saat mendidih di Denver. Jawaban : 94,6 ° C 3-47 Air dalam panci setinggi 5 cm akan mendidih pada suhu 98° C. Pada suhu berapa air dalam panci setinggi 40 cm akn mendidih? Asumsikan kedua panci itu penuh dengan air. 3-48 Panci masak yang diameter dalamnya 20 cm terisi dengan air dan ditutup dengan tutup seberat 4 kg. Jika tekanan atmosfer adalah 101 kPa, tentukan berapa suhu air saat akan mulai mendidih jika dipanaskan. Jawaban : 100,2 ° C

3-49 Mempertimbangkan kembali masalah 3-48. Menggunakan EES (atau lainnya) perangkat lunak, mencari pengaruh massa tutup panci terhadap air mendidih mendidih dalam panci. Ubahlah massa dari 1 kg sampai 10 kg. Hitunglah masing-masing titik didih pada setiap massa tutupnya, dan diskusikan hasilnya.

3-50 Air dipanaskan dalam silinder piston vertikal. Piston memiliki massa 20 kg dan luas penampang melintang

100

cm2.

Jika

tekanan

atmosfir

adalah

100

kPa,

tentukan temperatur saat air mulai mendidih

156

3-51 Tangki keras dengan volume 2,5 m 3 berisi 15 kg campuran air dan uap jenuh air pada suhu 75 ° C. Air dipanaskan secara perlahan. Tentukan pada suhu berapa cairan di dalam tangki benar-benar menguap. Lalu, tunjukkan proses pada diagram T-v berkaitan dengan garis jenuh. Jawaban : 187,0°C 3-52 Kapal yang keras mengandung 2 kg zat pendingin-134a pada 800 kPa dan 120 ° C. Tentukan volume kapal dan total energi internal Jawaban: 0,0753 m 3, 655,7 kJ 3-53E Tangki kaku setinggi 5 ft 3 berisi 5 lbm air pada 20 psia. Tentukan (a) suhu, (b)entalpi total, dan (c)massa setiap fase air. 3-54 0,5 m 3  bejana mengandung 10 kg zat pendingin-134a pada 20 ° C. Tentukan (a) tekanan, (b) total internal energi, dan (c) volume yang ditempati oleh fasa cair. Jawaban: (a) 132,82 kPa, (b) 904,2 kJ, (c) 0.00489 m3 3-55 Sebuah silinder piston mengandung 0,1 m 3  cairan dan 0,9 m 3  uap air dan setimbang  pada 800 kPa. Panas ditransfer ditransfer pada tekanan konstan sampai suhu mencapai 350°C. (a) Berapa suhu awal air? (b) Tentukan total massa air.

(c) Hitung volume akhir. (d) Tunjukkan proses pada aP-vdiagram berkenaan dengan garis jenuh

3-56 Mempertimbangkan kembali masalah 3-55. Menggunakan EES (atau lainnya) perangkat lunak, carilah pengaruh tekanan pada massa total air di dalam tangki. Gantilah tekanan dari 0,1 MPa sampai 1 MPa. Hubungkan massa total air terhadap tekanan, dan diskusikan hasilnya. Lalu, tunjukkan prosesnya masalah 3-55 pada diagram P-v menggunakan fitur dari EES. 3-57E Uap air yang dipanaskan pada 180 psia dan 500 ° F akan didinginkan pada volume konstan sampai suhu turun menjadi 250 ° F. Pada keadaan akhir, tentukan (a) tekanan, (b) kualitas, dan (c) entalpi. Lalu, tunjukkan prosesnya pada diagram T-v berkenaan dengan garis  jenuh. Jawaban: (a) 29,84 psia, (b) 0.219, (c) 426.0 Btu / lbm 3-58E Mempertimbangkan kembali masalah 3-57E. Menggunakan EES (atau lainnya) perangkat lunak, carilah efek tekanan awal pada kualitas air di keadaan akhir. Ubahlah tekanan dari 100 psi sampai 300 psi. Carilah kualitas terhadap tekanan awal, dan diskusikan hasilnya. Lalu, tunjukkan prosesnya di Masalah 3-57E pada diagram T-v menggunakan fitur dari EES. 3-59 Sebuah silinder piston awalnya berisi 50 L cairan pada suhu 40 ° C dan 200 kPa. Panas ditransfer ke

air

pada

tekanan

konstan

sampai

seluruh

(a) Berapa massa airnya? (b) Berapa suhu akhir? (c) Tentukan perubahan entalpi total. (d) Tunjukkan proses pada diagram T-v berkenaan dengan garis jenuh.

cairan

diuapkan.

Jawaban: (a) 49,61 kg, (b) 120,21 ° C, (c) 125.943 kJ 3-60 0,3 m tabung kaku awalnya mengandung cairan jenuh dan campuran uap air pada 150 ° C. Air dipanaskan sampai mencapai keadaan kritis. Tentukan massa dari air cair dan volume yang ditempati oleh cairan pada saat ini. Jawaban: 96,10 kg, 0,105 m 3 3-61 Tentukan volume spesifik, spesifik, energi internal, dan entalpi tekanan cairan pada suhu 100 ° C dan 15 MPa menggunakan pendekatan cairan jenuh. Bandingkan nilai yang diperoleh dengan tekanan cairan dalam tabel. 3-62

Mempertimbangkan

kembali

masalah

3-61.

Menggunakan

EES

(atau

lainnya)

perangkat lunak, tentukan hal yang diubah oleh tekanan cairan, dan bandingkan dengan dengan menggunakan pendekatan cairan jenuh.

3-63E 15 ft 3 tangki keras berisi campuran jenuh dari zat pendingin-134a pada 50 psia. Jika cairan jenuh menempati 20% dari volume, tentukan kualitas dan total massa zat pendingin di dalam tangki. 3-64 Sebuah silinder piston mengandung 0,8 kg uap pada 300 ° C dan 1 MPa. M Pa. Uap didinginkan pada tekanan konstan sampai setengah dari massa mengembun. (a) Tunjukkan proses padaa diagram T-v. (b) Tentukan suhu akhir. (c) Tentukan perubahan volume. 3-65 Tangki keras berisi uap air pada suhu 250 ° C dan tekanan yang tidak diketahui. Bila tangki didinginkan sampai 150 ° C, maka akan uap mulai mengembun. Hitunglah tekanan awal pada tangki. Jawaban : 0,60 Mpa 3-66 Air direbus dalam panci yang ditutup tetapi tidak rapat di lokasi yang ditentukan. Panci dipanaskan dengan 2 kW pemanas. Jumlah air dalam panci diamati turun 1,19 kg dalam 30 menit. Jika diperkirakan 75% listrik yang dihasilkan oleh pemanas ditransfer ke air, tentukan tekanan atmosfir di lokasi itu Jawaban: 85,4 kPa

157

3-67 Tangki keras awalnya mengandung cairan jenuh 1,4 kg pada suhu 200 ° C. Pada keadaan ini, 25 % dari volume tersebut ditempati oleh air dan sisanya adalah udara. Sekarang  panas ditransfer ke air sampai tangki hanya mengandung uap jenuh. Hitunglah (a) volume tangki, (b) suhu akhir dan tekanan, dan (c) Perubahan energi internal air.

3-68 Sebuah silinder piston awalnya berisi uap pada 3,5 MPa, pemanasan tinggi 5 ° C. Sekarang, uap kehilangan panas ke lingkungan sekitar dan piston bergerak turun sampai mengenai penahan. Pada titik mana silinder mengandung cairan jenuh. Pendinginan berlanjut sampai silinder mengandung air 200 ° C. Tentukan (a) suhu awal, (b) perubahan entalpi per satuan massa uap pada saat piston terlebih dahulu menyentuh penahan, dan (c) tekanan akhir dan kualitas (jika campuran).

Gas ideal

3-69C Propana Propana dan metana metana umumnya digunakan untuk untuk pemanas saat musim dingin, dingin, jika terjadi kebocoran bahan bakar ini, bahkan untuk jangka pendek, dapat menimbulkan bahaya kebakaran bagi rumah. Mengapa kebocoran gas ini dapat menimbulkan risiko kebakaran yang lebih besar? Jelaska 3-70 Dalam kondisi seperti apa gas ideal cocok untuk gas nyata? 3-71C Apa perbedaan antara R dan R u? Apakah keterkaitan keduanya?

3-72C Apa perbedaan antara massa dan molar massa? Apa keterkaitan keduanya? 3-73 Balon dengan diameter 6 m terisi dengan helium pada suhu 20 ° C dan 200 kPa. Tentukan mol dan massa helium di balon. Jawaban : 9.28 kmol, kmol, 37,15 kg 3-74 Mempertimbangkan kembali masalah 3-73. Menggunakan EES (atau lainnya) perangkat lunak, menyelidiki efek dari diameter balon pada massa helium yang terkandung dalam balon untuk tekanan (a) 100 kPa dan (b) 200 kPa. Ubahlah diameter dari 5 m sampai 15 m. Golongkan massa helium terhadap diameter untuk kedua kasus tersebut. 3 – 75 75 Tekanan dalam ban mobil tergantung pada suhu udara dalam Ban. Ketika suhu udara 25° C, pengukur tekanan membaca 210 kPa. Jika volume Ban adalah 0.025 m 3, tentukan kenaikan tekanan ban ketika suhu udara dalam Ban meningkat hingga 50° C. Lalu, tentukan  jumlah udara yang harus diisikan untuk mengembalikan tekanan seperti sebelumnya pada suhu ini. Tekanan atmosfer adalah 100 kPa.

3-76E Udara dalam ban mobil dengan volume 0,53 ft 3 adalah 90° F dan 20 psig. Tentukan  jumlah udara yang harus ditambahkan untuk meningkatkan meningkatkan tekanan yang direkomendasikan sebesar 30 psig. Tekanan atmosfer 14,6 psia, 14,6 psia, suhu dan untuk volume tetap. Jawaban: 0.0260 lbm 3-77 Pada 2.5 m3  tangki oksigen pengukur tekanan membaca 500 kPa. Tentukan jumlah oksigen di dalam tangki jika teperatur adalah 28° C dan tekanan atmosfer 97 kPa.

158 3-78E Sebuah tangki keras berisi 20 lbm udara pada 20 psia dan 70° F. Udara ditambahkan ke tangki sampai tekanan dan suhu masing-masing naik 35 psia dan 90° F. Tentukan jumlah air yang ditambahkan ke tangki. Jawaban: 13.73 lbm

3-79 Sebuah tangki keras 400-L berisi 5 kg udara pada 25° C. Tentukan pembacaan tekanan  pengukur jika tekanan atmosfer adalah 97 kPa. 3-80 1 m 3 tangki berisi udara 25° C dan 500 kPa terhubung melalui katup ke tangki yang lain yang mengandung 5 kg udara di 35° C dan 200 kPa. Sekarang katup dibuka, dan seluruh sistem bebas untuk mencapai kesetimbangan termal dengan lingkungan sekitar, pada 20° C. Tentukan volume tangki kedua dan keseimbangan tekanan udara akhir. Jawaban : 2.21 m 3, 284.1 kPa Faktor tekanan

3-81C Apakah pengaruh fisik faktor Z terhadap tekanan? 3-82C Apakah prinsip yang sesuai? 3-83C Apakah definisi pengurangan tekanan dan mengurangi temperatur? 3-84 Menentukan volume tertentu uap air superpanas pada 10 MPa dan 400° C, menggunakan (a) persamaan ideal gas, (b) chart compressibility umum, dan (c)tabel uap. Juga menentukan kesalahan terlibat dalam dua kasus. Jawaban: (a) 0.03106 m 3/kg, 17,6 persen; (b) 0.02609 m 3/kg, 1,2 persen; (c) 0.02644 m/kg 3-85 Kembali ke masalah 3-84. Pecahkan masalah menggunakan fitur faktor umum compressibility EES perangkat lunak. Ulangi, menggunakan EES, untuk membandingkan spesifik volume air untuk tiga kasus di 10 MPa antara temperature 325-600° C dalam interval 25° C. Golongkan persentase kesalahan dalam gas ideal terhadap suhu, dan diskusikan hasil. 3-86 Menentukan volume pendingin 134a Uap dalam 0.9 MPa dan 70° C berdasarkan (a) tabel gas ideal, (b) tabel tekanan umum, dan (c) data dari tabel. Lalu, tentukan kesalahan yang terjadi akibat kedua kasus. 3-87 Tentukan volume tertentu gas nitrogen dalam 10 MPa dan 150 K berdasarkan (a)  persamaan ideal gas dan (b) tabel tekanan umum. Bandingkan hasil ini dengan nilai eksperimental 0.002388 m 3/kg, dan tentukan kesalahan yang terjadi dalam setiap kasus. Jawaban: (a) 0.004452 m 3/kg, 86,4 persen; (b) 0.002404 m 3/kg, 0,7 persen 3-88 Tentukan volume tertentu uap superpanas pada 3.5 MPa dan 450° C berdasarkan (a) tabel gas ideal, (b) tabel tekanan umum, dan (c) tabel uap. Tentukan kesalahan yang terjadi dalam kedua kasus. 3-89E Pendingin-134a pada 400 psia memiliki volume tetap 0.13853 ft 3/LBM. Tentukan suhu bahan pendingin berdasarkan (a) persamaan ideal gas, (b) tabel tekanan umum, dan (c) tabel bahan pendingin.

3-90 0.016773 m 3 tangki berisi 1 kg pendingin 134a  pada 110° C. Tentukan tekanan  pendingin, menggunakan (a) persamaan ideal gas, (b) tabel tekanan umum, dan (c) tabel  pendingin. Jawaban: (a) 1.861 MPa, (b) 1.583 MPa, (c) 1.6 MPa 3  –  91  91 Semua orang mengetahui bahwa gas oksigen di 160 K dan 3 MPa dapat diperlakukan sebagai gas ideal dengan kesalahan kurang dari 10 %. Apakah pengetahuan ini benar? 3-92 Berapakah persentase kesalahan dalam mengolah karbon dioksida di 3 MPa dan 10° C seperti gas ideal? Jawaban: 25 % 3-93 Berapakah persentase kesalahan dalam mengolah karbon dioksida di 7 MPa dan 380 K sebagai gas ideal? 3  –   94 Gas karbon dioksida dalam pipa dengan 3 MPa dan 500 K pada 2 kg/s. CO 2 didinginkan di tekanan konstan dengan mengalir dalam pipa hingga suhu CO 2 menjadi 450 K  pada saat keluar. Tentukan volume aliran dan kepadatan karbon dioksida di inlet dan volume aliran keluar dari pipa yang menggunakan (a) persamaan ideal gas dan (b) tabel tekanan umum. Lalu, tentukan (c) kesalahan yang terjadi dalam setiap kasus.

Persamaan lainnya

3-95C Apakah dua perbedaan fisik yang muncul dalam persamaan van der Waals? Pada dasar apa yang mereka ditentukan? 3-96 3.27 m 3 tangki berisi 100 kg nitrogen dalam 175 K. Tentukan tekanan dalam tangki, menggunakan (a) persamaan gas ideal, (b) persamaan van der waals, dan (c) persamaan Beattie - Kings. Bandingkan hasil anda dengan nilai yang sebenarnya 1505 kPa. 3  –   97 1 m3 tangki berisi 2.841 kg uap di 0.6 MPa. Tentukan suhu uap, menggunakan (a)  persamaan gas ideal, (b) persamaan van der Waals, dan (c) tabel uap. Jawaban: (a) 457.6 K, (b) 465.9 K, (c) 473 K 3 –  98  98 Kembali masalah 3-97. Pecahkan masalah mas alah menggunakan EES (atau lainnya) perangkat lunak. Lalu gunakan lagi EES, bandingkan suhu air untuk tiga kasus dalam volume tetao kisaran atas tekanan 0.1 MPa sampai

159 1 MPa bertahap sebesar 0,1 MPa. Golongkan persentase kesalahan dalam tekanan gas ideal, dan diskusikan hasilnya. 3-99E Pendingin-134a pada 100 psia memiliki volume tetap 0.54022 ft 3/LBM. Tentukan suhu pendingin berdasarkan (a) persamaan ideal gas, (b) persamaan van der waals, dan (c) tabel pendingin. 3-100 Nitrogen dengan 150 K memiliki volume tetap 0.041884 m 3/kg. Tentukan tekanan nitrogen, menggunakan (a) persamaan gas ideal dan (b) persamaan Beattie-Kings. Bandingkan hasil experimen apakah bernilai 1000 kPa. Jawaban : (a) kPa 1063, (b) 1000.4 kPa 3-101 Mempertimbangkan kembali masalah 3-100. Menggunakan EES (atau lainnya)  perangkat lunak, Bandingkan hasil tekanan gas ideal dan persamaan Beattie-Kings dengan data nitrogen dalam EES. Golongkan suhu dan volume tertentu untuk tekanan 1000 kPa  berhubungan dengan cairan jenuh dan uap jenuh nitrogen berkisar antara 110 K
3-102 Pertimbangkan segelas air di kamar pada temperatur 20° C dan kelembaban relatif 60 %. Jika suhu air 15° C, tentukan tekanan uap (a) pada permukaan bebas air dan (b) di kamar  jauh dari kaca. 3  –   103 Selama musim panas di pantai ketika udara suhu 30° C, seseorang menyatakan  bahwa tekanan uap di udara menjadi 5.2 5.2 kPa. Apakah pernyataan ini masuk akal? 3-104 Pada suatu hari, suhu dan kelembaban relatif udara di atas kolam renang diukur 20° C dan 40 persen. Tentukan suhu air kolam pada kondisi setimbang antara air di kolam renang dengan uap di udara. 3-105 Bandingkan dua kamar yang sama kecuali salah satu dipertahankan pada suhu 30° C dan 40 persen kelembaban relatif, sementara yang lain dipertahankan pada suhu 20° C dan 70  persen kelembaban relatif. Jika jumlah kelembaban proporsional untuk tekanan uap, tentukan ruang mana yang berisi kelembaban lebih banyak. 3-106E Sebuah termos diisi setengah dengan air dan sisanya untuk udara dalam 70° F dan 35  persen kelembaban relatif. Jika panas ditransfer ke air melalui dinding termos dan permukaan  bebas diabaikan, tentukan temperatur air ketika setimbang. 3-107 Selama musim panas suhu udara bernilai 35° C dan kelembaban relatif 70 persen, Anda akan membeli air dingin dalam kaleng minuman dari sebuah toko. Pemilik toko berkata  bahwa suhu s uhu minuman ada di bawah 10° C. Namun minuman tidak t idak terasa begitu dingin dan anda bingung saat anda menyadari ada kondensasi yang dapat terbentuk di luar. Apakah  pemilik toko berkata benar? Periksa masalah

3-108 Pembakaran dalam mesin bensin mungkin didukung oleh proses penambahan volume  panas yang tetap. Ada pencampuran udara dan bahan bakar dalam silinder sebelum  pembakaran dan gas hasil pembakaran setelah setela h pembakaran, keduanya mungkin diperkirakan sebagai udara, dan gas ideal. Dalam mesin bensin, kondisi silinder yang 1.8 MPa dan 450° C sebelum pembakaran dan 1300°C setelah pembakaran. Tentukan tekanan di akhir dari proses  pembakaran. Jawaban : 3916 kPa

3-109 Sebuah tangki yang keras berisi gas ideal dengan 300 kPa dan 600 K. Sekarang setengah dari gas dikeluarkan dari tangki dan gas yang ditemukan sebesar 100 kPa pada akhir  proses. Tentukan (a) suhu akhir dari d ari gas (b) tekanan akhir jika massa tidak dikeluarkan dari tangki dan suhu akhir sama pada proses akhir.

3-110 Gas karbondioksida pada 3 MPa dan 500 K mengalir di pipa pada kecepatan 0.4 kmol/s. Tentukan (a) volume dan massa arus dan rapatan karbondioksida. Jika CO 2 didinginkan di tekanan tetap dan

160 mengalir di dalam pipa sehingga yang suhu CO 2 sebesar 450 K di ujung dari pipa, tentukan (b) volume aliran di ujung pipa. 3-111 Sebuah piston silinder awalnya berisi 0.2 kg uap pada kPa 200 dan 300° C. Sekarang, uap didinginkan dengan tekanan tetap sampai pada 150° C. Tentukan volume yang berubah dalam silinder selama proses ini menggunaka faktor tekanan dan bandingkan hasilnya dengan nilai yang sebenarnya.

3-112 Pembakaran dalam mesin diesel dapat dilakukan dengan proses penambahan tekanan  panas dengan udara dalam silinder sebelum dan sesudah pembakaran. Pertimbangkan mesin diesel dengan silinder 950 K dan 75 cm 3 sebelum pembakaran, dan 150 cm 3 setelah itu. Mesin beroperasi dengan perbandingan udara/bahan bakar 22 bakar 22 kg udara/kg bahan bakar (massa udara dibagi oleh massa bahan massa  bahan bakar). Tentukan suhu setelah proses pembakaran.

3-113 Pada diagram properti di bawah ini, sketsa (tidak menggunakan skala) cairan jenuh dan uap jenuh di tabel berikut proses dan status uap. Gunakan panah untuk menunjukkan arah  proses, dan label awal serta akhir: (a) Pada diagram P-v sketsa suhu konstan proses melalui P=300 kPa, v=0.525 m 3/kg sebagai  perubahan tekanan dari P1=200 kPa dan P2=400 kPa. Tempatkan nilai suhu di kurva  pada proses diagram P-v. (b) Pada diagram T-v sketsa volume spesifik konstan proses melalui T=120° C, v=0.7163 m3/kg dari P1=100 kPa untuk P2=300 kPa. Untuk menempatkan kumpulan data ini, suhu di kolom 1 dan 2. Tempatkan volume spesifik pada tempatnya . 3-114 Pengukur tekanan ban mobil menunjukkan 200 kPa sebelum melakukan perjalanan dan 220 kPa setelah melakukan perjalanan yang tekanan atmosfernya adalah 90 kPa. Dengan asumsi volume ban tetap pada 0.035 m 3, hitunglah persentase peningkatan suhu udara dalam  ban. 3-115 Meskipun balon telah ada sejak tahun 1783 ketika balon pertama yang terbang di langit dalam Perancis, akhirnya terjadi perubahan dalam balon di tahun 1960 dengan desain modern balon udara diisi oleh propana dan dibuat dengan kain nilon ringan. Selama bertahuntahun, balon telah menjadi olahraga dan hobi bagi banyak orang di seluruh dunia. Tidak seperti balon yang dipenuhi dengan gas helium, balon udara terbang di langit. Oleh karena itu, tekanan dalam balon akan selalu sama dengan tekanan atmosfer di langit, dan balon tidak  pernah meledak. Balon udara panas berdiameter sekitar 15 sampai 25 m. Udara didalam  balon dipanaskan oleh propana yang terletak atas dari tempat penumpang. Api dari panas kompor yang mengarah ke dalam balon udara, menaikkan suhu udara di bagian atas balon menjadi 65° C hingga lebih dari 120° C. Suhu udara dijaga secara berkala untuk mengarahkan propane kedalam balon.

161 Gaya yang mendorong balon ke atas lebih sempurna dari udara dingin di luar balon dan volume balon, dan dapat dinyatakan sebagai mana

FB=ρudara dingingV balon Dimana g adalah percepatan gravitasi. Ketika tekanan udara diabaikan, gaya apung ditekan oleh (1) berat panas udara di balon, (2) berat tempat orang, dan bahan balon, dan (3) berat orang-orang dan beban lain dalam tempat orang. Operator balon dapat mengontrol ketinggian dan gerak vertical balon dengan penembakan kompor atau membiarkan udara panas dalam  balon pergi, untuk diganti dengan pendingin udara. Gerakan balon kedepan didorong oleh angin. Hitunglah balon udara panas berdiameter 20m, dengan tempat orangnya memiliki massa 80 kg ketika kosong. Balon melayang diudara di mana tekanan atmosfer dan suhunya sebesar 90 kPa dan 15° C, dan membawa tiga orang 65 kg. Tentukan suhu rata-rata udara dalam balon. Bagaimana menurut anda jika suhu udara dijadikan 30° C? 3-116 Mempertimbangkan kembali masalah 3-115. Menggunakan EES (atau lainnya)  perangkat lunak, selidiki efek dari perubahan suhu pada suhu udara rata-rata balon ketika  balon melayang mela yang di udara. Anggap suhu lingkungan berganti dari 10-30° C. Golongkan suhu udara rata-rata dalam balon dengan di lingkungan, dan diskusikan hasilnya. Selidiki mengapa  jumlah orang yang dibawa dapat dapat mempengaruhi suhu udara di balon. 3 –  117  117 Hitunglah balon udara berdiameter 18m, dengan kandangnya memiliki massa 120 kg ketika kosong. Balon udara yang sekarang membawa dua orang 70 kg, dipanaskan oleh  propana di mana tekanan atmosfer dan suhunya adalah 93 kPa dan 12° C. Tentukan suhu udara dalam balon ketika balon mulai melayang. Apa pendapat anda jika suhu di udara menjadi 25° C? 3-118E Air dalam penanak mendidih pada 260° F. Apa yang dimaksud dengan tekanan mutlak dalam penanak,dalam psia? 3-119 Sebuah tangki keras dengan volume 0.117 m 3 berisi 1 kg pendingin-134a dan uap 240 kPa. Pendingin sekarang digunakan mendinginkan. Tentukan tekanan ketika

pendingin

mulai melakukan kondensasi. Lalu, perlihatkan prosesnya dalam diagram a P-v terhadap garis jenuh. 3-120 4-L tangki keras berisi 2 kg campuran jenuh cair dan uap air pada 50° C. Air sekarang  perlahan-lahan dipanaskan sampai fase tunggal. Di langkah akhir, air akan berada dalam dala m fase cair atau fase uap? Bagaimana pendapat anda jika volume tangki diganti menjadi 400 L  bukan 4 L?

3-121 10-kg pendingin-134a di 1.2 MPa dan 70° C didinginkan pada tekanan konstan sampai terjadi tekanan cairan pada 20° C. (a) Tunjukkan proses pada diagram T-v berhubungan dengan garis jenuh. (b) Tentukan perubahan volume. (c) Temukan perubahan total energi internal. Jawaban: (b) 0.187 m 3, (c)1984 kJ 3-122 0,5 m 3 tangki keras yang berisi hidrogen pada 20° C dan 600 kPa dihubungkan oleh sebuah katup 0,5 m 3 dengan tangka keras berisi hidrogen pada 30° C dan 150 kPa. Sekarang katup dibuka dan sistem akan mencapai kesetimbangan termal dengan lingkungan pada 15° C. Tentukan tekanan akhir dalam tangki.

3-123 Mempertimbangkan kembali masalah 3-122. Menggunakan EES (atau lainnya)  perangkat lunak, menyelidiki efek perubahan suhu pada tekanan akhir kesetimbangan kes etimbangan dalam dal am tank. Menganggap suhu lingkungan berganti dari 10-30° C. Golongkan tekanan akhir dalam tangki dengan suhu lingkungan, dan diskusikan hasilnya. 3-124 20 m 3 tangki mengandung nitrogen 23° C dan 600 kPa.  Nitrogen dibiarkan keluar sampai tekanan dalam tangki turun menjadi 400 kPa. Jika suhu saat in 20° C, tentukan t entukan jumlah nitrogen yang telah keluar. Jawaban: 44.6 kg 3-125 Uap pada 400° C memiliki volume tetap 0.02 m 3/kg. Tentukan tekanan uap  berdasarkan (a) persamaan gas ideal, (b) tabel tekanan umum, dan (c) tabel uap. Jawaban: (a) kPa 15,529, (b) 12,576 kPa, (c) 12,500 kPa

3-126 Sebuah tangki yang bervolume tidak diketahui terbagi menjadi dua bagian. Satu sisi tangki berisi 0.01 m 3

162  pendingin-134a yang merupakan cairan jenuh di 0.8 MPa, sementara sisi lain dibiarkan kosong. Pemisah sekarang dibuang, dan pendingin mengisi seluruh tangki. Jika keadaan akhir dari pendingin adalah 20° C dan 400 kPa, Tentukan volume tangki.

3-127 Mempertimbangkan kembali masalah 3-126. Menggunakan EES (atau lainnya)  perangkat lunak, selidiki efek dari awal tekanan t ekanan pendingin-134a pada volume tangki. Biarkan tekanan awal berganti dari 0,5-1,5 MPa. Goloongkan volume tangki dengan tekanan awal, dan diskusikan hasilnya. 3  –   128 Propana cair biasanya digunakan sebagai bahan bakar untuk penghangat rumah, menyalakan alat seperti forklift, dan mengisi tank portabel. Pertimbangkan sebuah tangki  propana yang awalnya berisi 5 L propana cair di temperatur lingkungan 20° c. Jika lubang  penghubung yang menghubungkan menghubungkan tangki propana dengan propana mulai bocor, tentukan suhu propana ketika tekanan dalam tangki turun 1 atm. Lalu, tentukan jumlah transfer panas dari lingkungan ke tangki untuk menguapkan seluruh propana di d alam tangki.

3-129 Ulangi masalah 3-128 untuk isobutana. 3-130 Sebuah tangki berisi helium 100° C dan tekanan 10 kPa. Helium dipanaskan dengan  proses oleh perpindahan panas dari lingkungan sehingga helium mencapai keseimbangan akhir pada 300° C. Tentukan tekanan akhir helium. Anggap tekanan atmosfer 100 kPa 3-13l Sebuah tangki berisi argon pada 600° C dan tekanan 200 kPa. Argon didinginkan dengan proses perpindahan panas dari lingkungan sehingga argon mencapai keseimbangan akhir pada 300° C. Tentukan tekanan akhir Argon. Anggap tekanan atmosfer 100 kPa. 3-132 Menyelesaikan kolom yang kosong dalam tabel sifat uap berikut. Di kolom terakhir menggambarkan kondisi uap sebagai tekanan cair, campuran jenuh, uap super panas, atau informasi lain, jika berlaku, pemberian kualitas. P, kPa

T, ˚C

200

30

270,3

130 400

v, m3/kg

1,5493

u, kJ/kg

Deskripsi kondisi dan kualitas

300

0,500

500

3084

3-133 Menyelesaikan kolom yang kosong dalam tabel sifat pendingin-134a berikut. Di kolom terakhir menggambarkan kondisi pendingin-134a sebagai tekanan cairan, campuran jenuh, uap superpanas atau informasi lain; dan jika berlaku, berikan kualitas. P, kPa

T, ˚C

320

-12

1000

39,37 40

180 200

v, m3/kg

u, kJ/kg

Deskripsi kondisi dan kualitas

0,17794 0,0700 249

3-134 Pada properti yang ditunjukkan diagram di bawah ini, sketsa (tidak menggunakan skala) cairan jenuh dan garis uap jenuh dan label proses berikut dan untuk pendingin-134a. Gunakan panah untuk menunjukkan arah proses, dan label awal dan akhir: (a) Di diagram P-v sketsa suhu tetap proses melalui P=280 kPa, v=0.06 m 3/kg sebagai  perubahan tekanan dari P1 =400 kPa untuk P untuk P2=200 kPa. Tempatkan nilai suhu di kurva proses diagram P-v. (b) Di diagram T-v sketsa volume spesifik yang tetap proses melalui T=20° C, v=0.02 m 3/kg dari P1=1200 kPa untuk P untuk P2=300 kPa. Untuk mengumpulkanan data ini nilai-nilai suhu di kolom 1 dan 2. Tempat nilai dari volume ditempatkan pada tempatnya.

163 Dasar-dasar Dasar-dasar teknik (FE) ujian masalah

3-135 Sebuah tangki yang keras berisi 6 kg gas ideal di 3 atm dan 40° C. Sekarang sebuah katup dibuka, dan setengah dari massa gas keluar. Jika tekanan akhir di dalam tangka 2.2 atm, suhu akhir di dalam tangki adalah (a) 186° C (b)59° C (c)43° C (d) 20° C (e) 230° C 3-136 Tekanan ban mobil diukur 190 kPa (pengukur) sebelum perjalanan dan 215 kPa (pengukur) setelah perjalanan di mana tekanan atmosfer adal ah 95 kPa. Jika suhu udara dalam ban sebelum perjalanan adalah 25° C, maka suhu udara sete lah perjalanan (a) 51,1 ° C

(b) 64.2° C (c) 27.2° C (d) 28.3° C (e) 25.0° C

3-137 300-m 3 tangki keras diisi dengan cairan jenuh dan campuran uap air di 200 kPa. Jika 25 persen adalah massa cairan dan 75 persen adalah massa adalah uap, maka total massa di tangka (a) 451 kg (b) 556 kg (c) 300 kg (d) 331 kg (e) 195 kg 3-138 Air direbus pada tekanan 1 atm pada pembuat kopi yang dilengkapi dengan elemen  pemanas listrik. lis trik. Pembuat kopi awalnya berisi 1 kg air. Setelah Sete lah mulai mendidih, air di dalam

 pembuat kopi menguap dalam 18 menit. Jika J ika kehilangan panas dari pembuat kopi diabaikan, tingkat panas elemen pemanas listrik adalah (a) 0,90 kW (d) 1,05 kW (b) 1.52 kW (e) 1.24 kW (c) 2.09 kW 3-139 1m 3 tangki keras berisi 10 kg air (dalam fase) pada 160 ° C. Maka tekanan dalam tangka adalah (a) 738 kPa (d) 2000 MPa (b) 618 kPa (e) 1618 kPa (c) 370 kPa 3-140 Air mendidih pada tekanan 1 atm pada panci stainless steel dengan pemanas listrik. 2 kg cairan menguap dalam 30 menit. Tingkat panas yang ditransfer ke air adalah (a) 2.51 kW (d) 0,47 kW (b) 2.32 kW (e) 3.12 kW (c) 2,97 kW 3-141 Air direbus dalam panci di atas kompor. Selama 10 menit mendidih, 200 g air telah menguap. Kemudian tingkat perpindahan panas ke air adalah (a) 0.84 kJ/min (d) 53.5 kJ/min (b) 45.1 kJ/min (e) 225.7 kJ/min (c) 41,8 kJ/min 3-142 3m 3 kapal uap 10 MPa dan 500° C. Massa uap adalah (a) 3.0 kg (b) 19 kg (c) 84 kg (d) 91 kg (e) 130 kg 3-143 Pertimbangkan tempat tertutup yang dipenuhi dengan pendingin-134a. Dan berada  pada suhu kamar 25° C. Sekarang terjadi kebocoran, dan tekana berkurang, tekanan atmosfer setempat 90 kPa. Suhu pendingin turun ke (pembulatan terdekat) (a) 0° C

(b) 29° C (c) 16° C (d) 5° C (e) 25° C

Desain, esai, dan masalah percobaan

3-144 Benda padat yang menyerap panas biasanya meleleh, tetapi ada pengecualian pada suhu mendekati nol mutlak. Temukan yang benda padat itu dan berikan penjelasan fisik untuk itu. 3-145 Diketahui bahwa air membeku pada 0° C di tekanan atmosfer. Campuran air dan es di 0° C dikatakan stabil dan setimbangan karena hal itu tidak mengalami perubahan ketika terisolasi dari lingkungannya. Namun, ketika air bebas dari kotoran dan permukaan wadah halus, suhu air dapat menrun hingga

2° C atau lebih rendah bahkan tanpa pembentukan es di tekanan atmosfer. Tapi itu dapat menimbulkan pembentukan es tiba-tiba, dan suhu air stabil pada 0° C . Lalu tiba-tiba  berubah. Air di 2° C dikatakan stabil. Tulis esai tentang keadaan stabil dan diskusikan mengapa berbeda dari kesetimbangan stabil. 3-146 Panas laten untuk percobaan air. Panas laten air yang diperoleh dengan es calorimeter yang didapat dari sebuah tabung tembaga dengan ujung tertutup dan dihubungkan dua akses. Di dalam kalorimeter asa kawat thermocouple melingkar yang berfungsi sebagai pemanas listrik. Kalorimeter diisi dengan air, ditempatkan dalam freezer dan dikeluarkan setelah air  beku. Kalorimeter terisolasi dengan styrofoam dan ditempatkan di ruang dengan dinding ganda yang dikelilingi es yang dihancurkan dan air di lingkungan yang udara 0° C. Input daya listrik ke  pemanas menyebabkan es padat di 0° C sampai mencair pada 0° C energi yang diberikan untuk perubahan fase ini adalah kalor laten. Buatlah kalor laten klip video, keterangan lengkap pada DVD untuk menyertainya tentang kalor laten pada air.

164