LAPORAN RESMI PRAKTIKUM TERMODINAMIKA EKSPANSI GAS IDEAL Kelompok 1 : JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI MALANG 2018 Ekspansi Gas

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM TERMODINAMIKA
EKSPANSI GAS IDEAL

Kelompok 1 :
Ahmad Kholil (1731410131)
Almay Shinta Dara P (1731410037)
Ayu Widyatna (1731410025)

JURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI MALANG
2018
Ekspansi Gas
20 April 2018
Tujuan
Menghitung rasio kapasitas udara sebagai gas ideal
Mengetahui sifat-sifat gas ideal dan proses adiabatik
Variabel
Variabel Bebas : Tekanan
Variabel Kontrol : Waktu
Variabel Terikat : Rasio Panas dan Volume
Prosedur Kerja
Daftar Alat
1 set modul TH5
1 set personal computer (PC) sebagai pencatat data
Daftar Bahan
Udara
Skema Kerja
Penentuan Ratio Kapasitas Panas
Persiapan
Buka valve V1 dan V2 yang berada diatas tabung
Semua valve lain harus dalam keadaan tertutup

Nyalakan console yang terhubung dengan modul TH5
Nyalakan console yang terhubung dengan modul TH5

Nyalakan PC
Nyalakan PC

Percobaan
Ukur dan catat tekanan udara menggunakan barometer
Ukur dan catat tekanan udara menggunakan barometer
Tutup valve V1 dan V2, serta buka valve V4
Tutup valve V1 dan V2, serta buka valve V4

Buka program TH5 expansion process of a perfect gas
Buka program TH5 expansion process of a perfect gas
Pilih exercise A, tekan tombol load
Pilih exercise A, tekan tombol load
Pilih view table untuk data logger atau view graph untuk grafik

Nyalakan air pump dan tunggu tekanan didalam vessel 30 KN/m2

Matikan pompa udara dan tutup vessel V4
Matikan pompa udara dan tutup vessel V4

Tunggu sampai tekanan pressure vessel stabil
Tunggu sampai tekanan pressure vessel stabil
Tekan tombol GO
Tekan tombol GO

Buka sedikit valve V1 dengan cepat
Buka sedikit valve V1 dengan cepat
Tunggu sampai T1 dan T2 sama setelah itu tekan tombol stop
Tunggu sampai T1 dan T2 sama setelah itu tekan tombol stop

Ulangi langkah diatas dengan tekanan yang berbeda
Ulangi langkah diatas dengan tekanan yang berbeda

Penentuan Ratio Volume pada Proses Isotermal
Persiapan

Nyalakan console yang terhubung dengan modul TH5. Nyalakan PC
Nyalakan console yang terhubung dengan modul TH5. Nyalakan PC

Percobaan
Ukur dan catat tekanan udara menggunakan barometer. Tutup valve V1,V2,dan V5 serta buka valve V4
Ukur dan catat tekanan udara menggunakan barometer. Tutup valve V1,V2,dan V5 serta buka valve V4

Buka program TH5 expansion process of a perfect gas, dan pilih exercise B, tekan tombol load.
Buka program TH5 expansion process of a perfect gas, dan pilih exercise B, tekan tombol load.



Matikan pompa udara dan tutup vessel V4. Tunggu sampai tekanan pressure vessel stabil, catat P stabil (Ps)
Matikan pompa udara dan tutup vessel V4. Tunggu sampai tekanan pressure vessel stabil, catat P stabil (Ps)

Buka valve V5 perlahan dan Tekan tombol GO. Pastikan valve V5 tertutup dan valve V6 terbuka
Buka valve V5 perlahan dan Tekan tombol GO. Pastikan valve V5 tertutup dan valve V6 terbuka

Tunggu sampai T dan V sama setelah itu tekan tombol stop. Ulangi langkah diatas dengan tekanan yang berbeda
Tunggu sampai T dan V sama setelah itu tekan tombol stop. Ulangi langkah diatas dengan tekanan yang berbeda

Data Pengamatan
Percobaan A
Tabel 4.1a. Ratio Percobaan Kapasitas Panas
No

20 kN/m2
25 kN/m2
30 kN/m2
35kN/m2
1
Patm (atmospheric pressure) (a)
98,8
98,8
98,8
98,8
2
Pis (starting measure)(m)
19,66
25,09
29,14
34,46
3
P1 abs s(starting pressure)(a)
118,46
123,89
127,94
133,26
4
Pi (Intermediate pressure)(m)
0,30
2,39
4,61
4,50
5
P1 abs i(intermediate pressure)(a)
99,1
101,19
103,41
103,3
6
Pf (final Pressure) (m)
3,57
5,47
8,33
8,22
7
P1 abs f (final pressure)
102,37
104,27
107,13
107,02

Tabel 4.2a. Penentuan Ratio Volume pada Proses Isotermal
No

20 kN/m2
25 kN/m2
30 kN/m2
35 kN/m2
1
Constant temperature in both vessel (T)
31,1
31,1
31,1
31,1
2
Atmospheric pressure (Patm) (a)
98,78
98,78
98,78
98,78
3
Initial pressure for pressure vessel (Pis) (m)
19,09
25,83
30,61
34,24
4
Initial pressure for pressure vessel (P1abss)(a)
117,87
124,61
129,39
133,02
5
Initial vacuum for vacuum vessel (Vs) (m)
0,20
0.52
2,66
0,17
6
Initial pressure for vacuum vessel (P2 abssi) (a)
98,58
98,26
96,12
98,61
7
Final pressure of both vessel (Pf) (m)
13,65
18,33
22,54
24,31
8
Final pressure of both vessel (P1 absf) (a)
112,43
117,11
121,32
123,09

Percobaan B
Tabel 4.1b. Ratio Percobaan Kapasitas Panas
No

20 kN/m2
25 kN/m2
30 kN/m2
35kN/m2
1
Patm (atmospheric pressure) (a)
98,8
98,8
98,8
98,8
2
Pis (starting measure)(m)
19,98
24,61
29,26
34,46
3
P1 abs s(starting pressure)(a)
118,78
123,41
128,06
133,26
4
Pi (Intermediate pressure)(m)
0,44
0,07
0,08
13,84
5
P1 abs i(intermediate pressure)(a)
99,24
98,87
98,88
112,64
6
Pf (final Pressure) (m)
3,74
3,30
4,16
16,53
7
P1 abs f (final pressure)
102,54
102,1
102,96
115,33

Tabel 4.2b. Penentuan Ratio Volume pada Proses Isotermal
No

20 kN/m2
25 kN/m2
30 kN/m2
35 kN/m2
1
Constant temperature in both vessel (T)
31,1
31,1
31,1
31,1
2
Atmospheric pressure (Patm) (a)
98,78
98,78
98,78
98,78
3
Initial pressure for pressure vessel (Pis) (m)
19,78
24,83
29,14
34,46
4
Initial pressure for pressure vessel (P1abss)(a)
118,56
123,61
127,92
133,24
5
Initial vacuum for vacuum vessel (Vs) (m)
0,03
2,26
29,13
0,34
6
Initial pressure for vacuum vessel (P2 abssi) (a)
98,75
96,52
69,65
98,44
7
Final pressure of both vessel (Pf) (m)
14,04
18,23
28,87
25,02
8
Final pressure of both vessel (P1 absf) (a)
112,82
117,01
127,65
123,8

Data Perhitungan
Percobaan A
Tabel 5.1. Percobaan Ratio Kapasitas Panas
NO
Percobaan A
Percobaan B

P
CpCv
P
CpCv
1
20
2,452
20
2,277
2
25
1,543
25
2,918
3
30
1,472
30
3,025
4
35
1,420
35
1,242

Tabel 5.2a. Penentuan Ratio Volume pada Proses Isotermal
NO
Percobaan A
Percobaan B

P
V1V2
P
V1V2
1
20
2,545
20
2,451
2
25
2,513
25
3,104
3
30
3,123
30
214,81
4
35
2,465
35
2,686

Pembahasan
(Ahmad Kholil / 1731410131)
Gas Ideal adalah gas teoritis yang terdiri dari partikel-partikel titik yang bergerak secara acak dan tidak saling berinteraksi. Beberapa gas pada kondisi normal, seperti temperatur dan tekanan standar dapat diperlakukan seperti gas ideal dengan perbedaan yang masih bisa ditolerir. Model Gas Ideal mengikuti asumsi berikut ini :
Molekul gas tidak dibedakan, berukuran kecil, dan berbentuk bola.
Semua tabrakan antar gas bersifat elastis dan semua gerakannya tanpa friksi (tidak ada energi hilang pada gerakan atau tabrakan).
Menggunakan hukum Newton.
Jarak rata-rata antar mlekul jauh lebih besar daripada ukuran molekul.
Molekul secara konstan bergerak pada arah acak dengan distribusi kecepatan.
Tidak ada gaya atraktif atau repulsif antara molekul atau sekitarnya.
Proses termodinamika terdiri atas pemanasan dan ekspansi dari gas. Pada gas terjadi berberapa jenis proses yang tergantung dari keadaan gas tersebut, yaitu :
Proses Isokhorik (V konstan)
Proses Isobarik (P konstan)
Proses Isotermal (T Konstan)
Proses Adiabatik/Isentropik (Sistem terisolasi)
Pada percobaan pertama, dilakukan proses ekspansi pada gas (udara) dalam suatu tangki tabung (pressure vessel) dengam tujuan mendapatkan data selama proses yang terjadi untuk mencari rasio kapasitas paas dari udara (sebagai gas ideal). Ekspansi bertujuan untuk menempatkan gas pada tekanan awal yang akan diukur. Percobaan menggunakan 4 variabel tekanan yaitu pada 20 kPa, 25kPa, 30 kPa, dan 35 kPa. Dari gas yang tersebut, valve keluar dibuka secara sangat cepat dengan tujuan untuk membuang sedikit gas yang ada pada vessel. Saat vessel kehilangan volume, terdapat berberapa proses yang terjadi di dalam gas akibat penurunan volume dan tekanan yang sangat cepat. Sesaat setelah vessel dibuka, terjadi proses isobarik dimana tekanan sama sesaat valve dibuka dan terjadi perubahan volume, serta isokhorik dimana volume konstan dan terjadi perubahan temperatur dan tekanan saat valve telah ditutup.
Data yang didapat data logger berupa perubahan tekanan dan volume disimpan lalu dimasukkan dalam persamaan :
=CpCv=lnP1abs s-lnP1abs ilnP1abs i-lnP1abs f
Percobaan kedua yang dilakukan adalah ekspansi gas ideal dengan tujuan memperoleh rasio volume yang ada pada kedua vessel (pressure vessel dan vaccum vessel) dalam kondisi isotermal. Pressure vessel adalah bagian dari vessel yang berisi udara terekspansi dengan tekanan rendah sementara vaccum vessel adalah bagian vessel yang hampa dengan tekanan mendekati nol. Awalnya Udara akan diekspansi ke pressure vessel sesuai dengan variabel yang digunakan, yaitu 20 kPa, 25 kPa, 30 kPa, dan 35 kPa. Udara/gas yang ada dalam pressure vessel kemudian dimasukkan secara perlahan dengan membuka valve yang menghubungkan pressure vessel dan vaccum vessel.
Pada proses ini terjadi proses isotermal dimana tidak terjadi perubahan temperatur atau energi dalam gas namun terjadi perubahan volume dan tekanan dalam bentuk kerja yaitu aliran udara yang bergerak dari pressure vessel menuju vaccum vessel. Gas bergerak akibat perbedaan tekanan dari sistem dalam pressure vessel dan vaccum vessel tanpa ada hambatan sehingga mengakibatkan tidak ada nya perubahan temperatur/energi dalam pada gas.
Data Logger kemudian akan mencatat setiap perubahan tekanan dari kedua vessel, dari data tersebut dimasukkan kedalam persamaan untuk mendapat rasio pebandingan volume antara kedua vessel yaitu :
Vol1Vol2=P2abs s-PfPf-P1 abs s

(Almay Shinta Dara P / 1731410037)
Gas sempurna atau gas ideal didefinisikan sebagai suatu keadaan zat, yang penguapannya dari kondisi cair berlangsung sempurna. Oksigen, nitrogen, hidrogen dan udara, pada batas temperatur tertentu, bisa juga disebut sebagai gas sempurna. Sifat fisik gas dikontrol oleh tiga variabel berikut:
1. Tekanan yang digunakan oleh gas.
2. Volume yang ditempati oleh gas.
3. Temperatur gas.
Sifat-sifat gas sempurna sempurna, yang mengalami perubahan pada variable-variabel yang disebutkan di atas, akan mengikuti hukum-hukum berikut (diperoleh dari eksperimen):
1. Hukum Boyle.
2. Hukum Charles, dan
3. Hukum Gay-Lussac.
Hukum Boyle
Hukum ini diformulasikan oleh Robert Boyle pada tahun 1662. Hukum ini berbunyi, "Tekanan mutlak suatu massa dari gas sempurna berubah secara berbanding terbalik terhadap volumenya, jika temperaturnya tetap" . Secara matematik bisa ditulis:
P 1/v atau p/v = konstan
p1v1 = p2v2 = p3v3 = .... = konstan
dimana notasi 1, 2 dan 3 mengacu kepada kondisi yang berbeda.

Hukum Charles
Hukum ini dirumuskan oleh warga negara Perancis bernama Jacques A.C. Charles pada tahun 1787. Hukum ini dinyatakan dalam dua bentuk:
1. " Volume suatu massa gas sempurna beruba h dengan berbanding langsung dengan temperatur mutlak, jika tekanan mutlaknya konstan" . Secara matematik:
v T atau v/T = konstan
atau: v1/T1=v2/T2=v3/T3=…= konstan
2. " Semua gas sempurna akan menagalami perubahan volume sebesar 1/273 dari volume awalnya pada 00 C untuk setiap perubahan temperatur sebesar 10 C.
Hukum Gay-Lussac
Hukum ini berbunyi: " Tekanan mutlak dari suatu massa gas sempurna berubah berbanding langsung dengan temperatur, jika volumenya konstan" . Secara matematik:
p T atau p/T = konstan
atau: p1/T1=p2/T2=p3/T3=…= konstan
Persamaan Gas Umum
Pada bagian sebelumnya, telah dibicarakan tentang hukum gas dimana memberikan kita hubungan antara dua variabel, ketika variabel ketiga konstan. Dalam kondisi sebenarnya, ketiga variabel yaitu: tekanan, volume dan temperatur, berubah secara bersamaan. Untuk menyatakan kondisi ini, kedua hukum Boyle dan Charles digabung, dan memberikan persamaan gas umum.
pv T atau pv = CT
dimana C adalah konstanta, yang harganya tergantung pada massa dan sifat dari gas.
Proses pemanasan dan ekspansi gas secara umum bisa didefinisikan sebagai proses termodinamika . Dari pengamatan, sebagai hasil dari aliran energi, perubahan terjadi pada berbagai sifat gas seperti tekanan, volume, temperatur, energi spesifik, enthalpi spesifik, dsb. Proses termodinamika bisa terjadi dalam berbagai keadaan. Jenis-jenis proses termodinamika ada 3 jenis yaitu:
1. Proses Adiabatik
Proses adiabatik adalah proses perubahan keadaan system tampa adanya kalor yang masuk atau keluar dari system (gas) kurva adiabatic menunjukkan bahwa pada proses adiabatic terjadi perubahan suhu, tekanan dan volume dengan P V = konstan dan = Cp / Cv karena tidak terjadi perubahan kalor ( Q = O ) serta usaha yang dilakukan sitem hanya merubah energi dalamnya.
2. Proses Isokhorik
Proses isohkorik ( isochoric process) adalah proses volume konstan ketika volume suatu sistem termodinamika konstan, sistem tidak melakukan kerja dengan lingkungannya maka W = 0 danU2 – U1 = Au = Q
3. Proses Isobaric
Proses isobaric adalah proses tekanan konstan secara umum tidak satupun dari ketiga kuantitas Au, Q dan W adalah nol pada proses isobaric, Tapi menghitung W adalah sangat mudah.
W = P ( V2 - V1 )
P1 = P2
Pada percobaan kali ini kami menghitung rasio kapasitas panas yang merupakan proses adibatik dengan rumus cp/cv dan menentukan kapaitas volume dalam keadaan isothermal menggunakan rumus v2/v1. Pada beberapa kasus, percobaan yang kami lakukan menghasilkan rasio kapasitas panas bernilai nol. Padahal perbandingan tidak mungkin bernilai nol. Oleh karena itu praktikum ekspansi gas ideal kali inisangat membutuhkan ketelitian tidak hanya dalam mengoperasikan alat tapi juga pada saat percobaan. Misalnya saja waktu, disini waktu sangat mempengaruhi dan sangat penting, dimana semakin lama menekan katup vessel maka angka tekanan konstan akan semakin jauh jadi penekanan katup vessel harus dilakukan sesingkat-singkatnya atau secepat mungkin agar tercapai angka tekanan konstan atau hasil yang diperoleh lebih akurat. Selain waktu, kejeliaan mata juga sangat berpengaruh dalam percobaan ini karena semakin teliti dan jeli dalam melihat angka tekanan makan hasil percobaan akan semakin menjadi lebih akurat.
Dalam menentukan percobaan, untuk menentuka nilai h1 dan h2 pratikan harus menunggu beberapa saat hingga tercapai tekanan konstan (steady presure) agar kesetimbangan gas dalam vessel tercapai. Udara dalam vessel tidak langsung mencapai tekanan konstan pada saat pemompaan dihentikan. Hal ini disebabkan suhu udara yang dilepas oleh pompa tidak sama degan suhu didalam vessel.

(Ayu Widyatna / 1731410025)
Praktikum pada kali ini adalah Ekspansi Gas Ideal. Gas Ideal sendiri merupakan gas teoritis yang memenuhi hukum gas ideal. Praktikum ini bertujuan untuk dapat mengetahui sifat – sifat gas ideal dan proses adiabatik. Yang mana menurut buku Panduan Praktikum Termodinamika Teknik Kimia, 2018, peubahan terjadi pada berbagai sifat gas seperti tekanan, volume, temperatur, energi spesifik, enthalpi spesifik, dan lain-lain.
Proses termodinamika bisa terjadi dalam berbagai keadaan, beberapa diantaranya adalah proses volume konstan, proses tekanan konstan, proses hiperbolik, proses isothermal (temperatur konstan), proses adiabatik atau proses isentropik, proses poliprotik, proses ekspansi bebas, dan proses throttling. Pada praktikum ini membahas proses adiabatik.
Proses adiabatik sendiri merupakan proses dimana zat kerja tidak menerima atau memberikan kalor ke lingkungan selama ekspansi atau kompresi. Keadaan ini dapat terjadi apabila zat kerja terisolasi secara termal. Dengan demikiaan keadaan yang terjadi selama proses adiabatik adalah
Tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem
Temperatur sistem berubah ketika kerja dilakukan dengan perubahan energi dalam
Perubahan energi dalam sama dengan kerja mekanik yang dilakukan.
Pada praktikum terdapat 2 macam metode yaitu Penentuan Ratio Kapasitas Panas dan Penentuan Ratio Volume pada Proses Isotermal. Kedua metode menggunakan tekanan atmosferik sebesar 741 mmHg.
Pada metode penentuan Ratio Kapasitas Panas tekanan yang digunakan didalam Vessel Preassure adalah 20 kN/m2, 25 kN/m2, 30 kN/m2, dan 35 kN/m2. Praktikum ini menggunakan set modul TH5 dan 1 set Personal Computer untuk mencatat data dari Vessel. Lakukan langkah sesuai dengan metodelogi dan Stop program pada saat T1 sama dengan T2. Setelah melakukan percobaan didapatkan data menurut tabel 4.1a dan tabel 4.1b. Percobaan dilakukan 2 kali untuk memastikan hasil yang didapat tidak jauh berbeda. Setelah didapatkan data barulah dihitung ratio kapasitas panas untuk masing – masing tekanan (Tabel 5.1). hal ini berbeda apabila dibandingkan dengan teoritis hasil yang terdapat pada lampiran tabel 9.1. Berbedanya hasil yang dapat dikarenakan tidak telitinya pada saat pengerjaan dan pengamatan data pada Personal Computer.
Pada metode percobaan Penentuan Ratio Volume pada Proses Isotermal tekana yang digunakan dalam Vessel Preasure sebesar 20 kN/m2, 25 kN/m2, 30 kN/m2, dan 35 kN/m2. Metode ini jugan menggunakan alat dan aplikasi yang sama seperti sebelumnya, akan tetapi berbeda program. Pada metode ini, praktikum dilakukan sesuai dengan metodelogi dan tekan Stop pada saat tekanan (P) sama dengan volume (V). Setelah percobaan dilakukan didapatkan hasil sesuai dengan tabel 4.2a dan tabel 4.2b. Percobaan dilakukan sebanyak 2 kali untuk memastikan hasil yang didapat tidak jauh berbeda. Setelah didapatkan data barulah dihitung ratio volume antara kedua Vessel (Tabel 5.2). Hal ini berbeda apabila dibandingkan dengan teoritis hasil pada lampiran tabel 9.2. Berbedanya hasil dikarenakan tidak telitinya pada saat mengoperasikan alat dan pembacaan data selama program berjalan.

Kesimpulan
Kapasitas panas udara sebagai gas ideal berdasarkan teori didapatkan 2,452 , 1,543, 1,472, dan 1,420 pada masing – masing tekanan 20 kN/m2, 25 kN/m2, 30 kN/m2, dan 35 kN/m2 untuk percobaan A. 2,277, 2,918, 3,025, dan 1,242 pada masing – masing tekanan 20 kN/m2, 25 kN/m2, 30 kN/m2, dan 35 kN/m2 untuk percobaan B. Sedangkan, untuk secara teoritis kapasitas panas pada masing – masing tekanan sebesar 2,45, 1,54, 1,47, dan 1,42 untuk percobaan A. 2,28, 2,94, 3,00, dan 1,24 untuk percobaan B.
Sifat – sifat gas ideal antara lain
Gas terdiri dari partikel – partikel gas yang sangat banyak
Partikel gas bergerak dalam lintasan lurus
Semua tumbukan partikel gas bersifat lenting sempurna
Dll
Proses Adiabatik adalah proses dimana zat kerja tidak menerima atau memberikan kalor ke lingkungan selama ekspansi atau kompresi
Daftar Pustaka
Tim penulis.2010.Petunjuk Praktikum Termodinamika, Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Malang.
Wood, B.D. 1988. Penerapan Termodinamika. Jakarta : Erlangga
Sears dan Zemasky. 1985. Fisika untuk Universitas 1. Jakarta : Erlangga
Malang, 20 April 2018
Mengetahui,
Dosen Pembimbing

Ernia Novika ST. MT
Lampiran
Perhitungan
Metode 1
P= 20 kN/m2
cpcv=lnps-lnpilnps-lnpf
=ln19,66-ln0,30ln19,66-ln 3,57
=2,4516
Metode 2
P = 20 kN/m2
V1V2=P2 abs-PfPf-Pi abs
=98,58-122,43122,43-117,87
=2,545
Data Perbandingan
Tabel 9.1. Perbandingan Hasil Perhitungan Kapasitaas Panas Udara dengan Teori
P
Praktikum 1
Praktikum 2

Percobaan
Teori
Percobaan
Teori
20
2,452
2.45
2,277
2.28
25
1,543
1.54
2,918
2.94
30
1,472
1.47
3,025
3.00
35
1,420
1.42
1,242
1.24

Tabel 9.2. Perbandingan Hasil Perhitungan Ratio Volume pada Proses Isotermal dengan Teori
P
Praktikum 1
Praktikum 2

Percobaan
Teori
Percobaan
Teori
20
2,545
2,67
2,451
2,29
25
2,513
-0,80
3,104
-0,82
30
3,123
-0,78
214,81
-0,94
35
2,465
-0,74
2,686
-0,74

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM TERMODINAMIKA EKSPANSI GAS IDEAL Kelompok 1 : JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI MALANG 2018 Ekspansi Gas

Recommend Documents