THERMODINAMIKA

THERMODINAMIKA

Page 1

THERMODINAMIKA

Page 2

THERMODINAMIKA

Page 3

KATA PENGANTAR Puji dan syukur t im penyusun panjatkan kehadirat kehadirat Allah Swt yang telah melimpahkan segala rahmat dan karuniany, sehingga Modul Kumpulan Soal – Soal dan Solusi mata kuliah Thermodinamika TKI 2206 ini dapat terselesaikan dengan baik. Modul ini disusun untuk membantu mahasiswa yang mengambil mata kuliah Thermodinamika Thermodinamika untuk lebih mudah memahami tentang materi – materi yang diajarkan pada mata kuliah ini dengan beberapa latihan soal beserta solusinya sehingga mahasiswa lebih mudah dalam mengikuti proses belajar mengajar. Akhirnya segenap tim penyusun dan dosen pengampu mata kuliah Thermodinamika mengharap mengharap kritik dan saran bagi perbaikan modul ini ke depannya. Dan tim penyusun beserta dosen pengampu berharap semoga modul dan kegiatan belajar mengajar ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua. Yogyakarta, Yogyakarta, 31 Desember 2010

TIM PENYUSUN :

1. Annisa Uswatun K

08/268775/TK/34056 08/268775/ TK/34056

2. Kusriniarti Kusriniarti Dwi L

08/268846/TK/34104 08/268846/TK/34104

3. Loretta Ollich

08/265879/TK/33875 08/265879/TK/33875

4. Wibowo Prasetyo

08/265953/TK/33909 08/265953/TK/33909

5. Yun Prihantina

08/268802/TK/34075 08/268802/TK/34075

DOSEN PENGAMPU :

Prof. Dr. H. Indarto, DEA, DESS

THERMODINAMIKA

Page 4

KATA PENGANTAR

.................................... .................................................................. ............................................... ....................1 ...1

DAFTRA ISI

........................................ .................................................................. ........................................... ....................2 ...2

MATERI KUMPULAN SOAL Materi 1 Hukum I Thermodinamika Thermodinamika Kumpulan Soal

.................................... ........................................................ ........................................ ..............................3 ..........3

Materi 2 Aplikasi Hukum I Thermodinamika Thermodinamika Kumpulan Soal

.................................... ........................................................ ........................................ ..............................24 ..........24

Materi 3 Perubahan Fase Kumpulan Soal

.................................... ........................................................ ........................................ ..............................49 ..........49

Materi 4 Hukum II Thermodinamika Thermodinamika Kumpulan Soal

.................................... ........................................................ ........................................ ..............................68 ..........68

Materi 5 Sistem Pengkondisian Udara Kumpulan Soal

.................................... ........................................................ ............................................... ..............................75 ...75

THERMODINAMIKA

Page 5

HUKUM I TERMODINAMIKA TERMODINAMIKA 1.

Jelaskan tentang Hukum I Termodinamika! Jawab :

“ Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, hanya bisa dirubah bentuknya." (Sumber: Soal Quiz) 2.

Bagaimana bunyi hukum kekekalan massa? Jawab:

“Massa yang masuk masuk = massa yang yang keluar” (Sumber: Soal Quiz) 3.

Sebutkan contoh energy kalor berubah menjadi energy gerak! Jawab: Motor dari pembakaran bensin menjadi gerak, Boiler

4.

Sebutkan contoh energy kalor menjadi listrik! Jawab : Generator listrik pembangkit listrik (Sumber: Soal Quiz)

5.

Jelaskan perbedaan sistem terbuka dan tertutup pada prinsip Termodinamika!Berikan contoh alatnya! Jawab : a. Sistem terbuka (control volume)

“ Pada kondisi steady, jumlah massa yang masuk sama dengan jumlah massa yang keluar karena massa dan energy dapat melewati batas sistem.” contoh : Turbin, Compressor b. Sistem tertutup (control ( control mass) THERMODINAMIKA

Page 6

“ Bahwa tidak ada massa yang masuk dan keluar sistem karena sistem dibatasi oleh sekat (boundary) dan hanya energy yang berupa panas atau kerja saja yang dapat melewati batas sistem (interaksi panas/ kerja dengan lingkungan) Ada 2 jenis : 1. Batas sistem fixed / tidak bisa bergerak 2.

Batas sistem bergerak contoh : piston-cylinder, radiator (Sumber: Soal Tugas Asisten)

6.

Jelaskan penggunaan Hk I Termodinamika! Jawab :

“Hk I Termodinamika digunakan untuk menganalisis secara kuantitatif perubahan bentuk energy dari bentuk satu ke bentuk yang lain.” (Sumber: Soal Quiz) 7.

Apakah perbedaan heat dan work? Jawab: Heat = interaksi system dan lingkungan yang terjadi dikarenakan adanya perbedaan temperature Work = interaksi sistem dan lingkungan yang terjadi bukan karena perbedaan temperature (Sumber: Soal Quiz)

8.

Mengapa Cp lebih besar dari Cv ? Jawab : Karena kalor pada Cp interaksinya kalor dan kerja sedangkan pada Cv interaksi hanya kalor saja. (Sumber: Soal Quiz)

THERMODINAMIKA

Page 7

9.

Definisi kalor jenis serta bagaimana cara menentukannya ? Jawab

: Kalor jenis adalah kalor spesifik yang dibutuhkan dibut uhkan untuk menaikan suhu sebesar 1

o

Cara menetukan kalor jenis adalah Cp= əH

əU

atau

əT

əT

(Sumber: Soal Quiz) 10. Hitunglah internal energy dari gambar berikut!

W = 2 kJ

Q = 3 kJ

Q = 12 kJ Jawab: Q-W

= ΔU

(Qin-Qout)+W = ΔU 12 – 3 + 2 = ΔU

ΔU

= 11 kJ

(Sumber: Soal Quiz) 11. Jelaskan prinsip dasar teknologi memasak dengan presto!

Jawab : “ Prinsip dasar pressure cooker atau presto adalah memasak dengan tekanan tinggi sehingga titik didihnya naik dan temperaturnya juga naik maka masakan akan lebih cepat

matang karena cepat mendidih.” (Sumber: Soal Tugas Asisten)

12. Seorang ibu memanaskan air pada sebuah panic. Didalam panic tersebut terdapat

pengaduk. Selama proses pemanasan, panas yang diberikan ke air sejumlah 50 kJ.

THERMODINAMIKA

Page 8

Sedangkan panas yang hilang ke udara sekitar adalah 7 kJ. Pengaduk bekerja dengan usaha 500 Nm. Tentukan energy akhir sistem jika energy mula-mula 15 kJ 7 kJ

W = 500 Nm

50 kJ

Diketahui : qin = 50 kJ qout = 7 kJ W = 500 Nm = 0.5 kJ Ditanya : Energi akhir sistem jika energy mula-mula 15 kJ? Jawab : Q – W – W = ΔU ( 50 – 7 ) kJ – (-0.5) kJ = (u 2 – 15) kJ 43.5 kJ = (u 2 – 15) kJ u2 = 58.5 kJ

Jadi energi akhir sistem sebesar 58.5 kJ

(Sumber: Soal Tugas Asisten) 13. Ruang kelas M2 menggunakan 2 buah AC dengan daya masing-masing 3 kW. Jika

diasumsikan setiap orang mengeluarkan panas tubuh 360 kJ/ jam. Berapa jumlah maksimum orang dalam kelas M2 agar suhu dapat dipertahankan 24°C. Pertimbangkan pula 8 buah lampu neon dengan daya @ 10 Watt. Diketahui :  T1 = 24 °C, T 2 = 24 °C  AC = 3 kW = 3000 J/s

2 AC = 6000 J/s THERMODINAMIKA

Page 9

 Lampu = 8 x 10 Watt

= 80 Watt = 80 J/s

 Orang = @ 360 kJ/ jam

= @ 100 J/s

Jawab :

– W = ΔU Q – W Q – W = m ( u 2 – u1 ) Q – W = 0 Q=W

(80 + 100 n) J/s = 6000 J/s 100 n = 5920 n = 59, 2

Jadi maksimal orang dalam kelas M 2 agar suhu dapat dipertahankan sebesar 24 °C adalah 59 orang

(Sumber: Soal Tugas Asisten)

14. Balloons are often filled with helium gas because it weighs only about one-seventh of

what air weighs under identical conditions. The buoyancy force, which can be expressed as Fb = ρ air.g.V balloon, balloon, will push the balloon upward. If the balloon has a diameter of 10 m and carries two people, 70 kg each, determine the acceleration of the balloon when

it is first released. Assume the density of air is ρ = 1.16 kg/m3, and neglect the weight of the ropes and the cage. Jawab :

THERMODINAMIKA

Page 10


15. Determine the maximum amount of load, in kg, the balloon described in Prob. 7 can

carry. Jawab :

THERMODINAMIKA

Page 11


16. Determine the maximum amount of load in the kg. the t he balloon described.

D = 10m ; ρhe = 0,25 ρair ; m = (140+a).

THERMODINAMIKA

Page 12

Jawab : mtotal

= Fb

mhelium

g mhelium + mpeople

=ρ.v = (1,16 . 0.25) . 4. 3,14 .5

= Fb

3

= 151,77

g mpeople

=

Fb - mhelium g

= 5955,324 5955,324 - 151,77 151,77 9,81 = 455,2966


17. Both a gage and a manometer are attached to a gas tank to measure its pressure. If the

reading on the pressure gage is 80 kPa, determine the distance between the two fluid levels of the manometer if the fluid is ( a) mercury (ρ = 13,600 kg/m3) or ( b) water (ρ = 1000 kg/m3).

Jawab :

a. For Mercury

THERMODINAMIKA

Page 13

b. For water


18. A gas is contained in a vertical, frictionless piston – cylinder cylinder device. The piston has a

mass of 4 kg and a cross-sectional cross-sect ional area of 35 cm2. A compressed spring above the piston exerts a force of 60 N on the piston. If the atmospheric pressure is 95 kPa, determine the pressure inside the cylinder.

Jawab :


19. An 80-L vessel contains 4 kg of refrigerant-134a at a pressure of 160 kPa.

Determine :

(a) the temperature,

(b) the quality, (c) the enthalpy of the refrigerant, and THERMODINAMIKA

Page 14

(d ) the volume occupied by the vapor phase.

Jawab

:

a. the temperature

Pada takanan 160 kPa :

b. The quality

c. The enthalpy of the refrigerant r efrigerant

d. The volume occupied by the vapor phase

(Sumber: Soal Tugas Asisten) THERMODINAMIKA

Page 15

20. Tuliskan Hukum I Termodinamika untuk system terbuka, misalkan untuk turbin!

Jawab: q-w = (Δh+Δke+Δpe) -w = (h2-h1) w = (h1-h2) (Sumber: Soal Quiz)

21. Hitunglah panas yang hilang lewat dinding turbin!

Ein = 1500 kJ

W = 1050 kJ

Eout = 350 kJ Jawab: (Ein – Eout) + Qout

=W

-Qout = 1500 kJ – 350 kJ – W = 1150 kJ – 1050 kJ -Qout = 100 kJ Qout = - 100 kJ

(Sumber: Soal Quiz)

22. Hukum alam mengenai kekekalan energy dibahas dalam hukum I termodinamika. Uap

masuk ke dalam turbin sebanyak m kg/hour mempunyai kondisi u1, p1, v1 (volume jenis), V1 (kecepatan), z1 (ketinggian), dan kondisi uap ke luar u2,p2,v2,V2,z2. a. Tuliskan persamaan untuk menghitung energy yang dibawa oleh uap masuk ke turbin setiap jamnya b. Bila kalor yang hilang ke udara lewat dinding sebesar Q Kj/hour, berapa energy yang dihasilkan oleh turbin uap tersebut setiap jamnya? Jawab:

THERMODINAMIKA

Page 16

a. Q – W = m (Δhe+Δke+Δpe)

= m (Δhe) + ½ m (v2-v1)2 + m g (z2-z1) 2

b. Q – W – Q

= ½ m (v2-v1) + m g (z2-z1)

-W

= ½ m (v2-v1) + m g (z2-z1)

W

= - ½ m (v2-v1)2 - m g (z2-z1)

2

Net power

(Sumber: Soal UTS No.2, 2010/2011)

23. ▲h

= 560 kj/kg Patm = 98 KPa, 2

G

= 9,81 m/s

H

= ( 60+a) Cm, asumsi a = 79

gas P=..?

Ditanya : P = ......... ? Jawab

h

:

P = P atm + Ph = 98+ 1000 kg/m3 9,81 m/s2 1,39 m = 98+ 13639,9 = 13733,9Kpa (Sumber: Soal Tugas Asisten)

THERMODINAMIKA

Page 17

24. H

= (740+a) mmHg, dengan asumsi a = 9

Ditanya

:

Patm = .............?

Jawab

:

Patm

ρhg g h

=

3

2

= 13600 kg/m 9,81 m/s 0,749 m

1N

1kpa 2

1Kg m/s

2

1000 N/m

= 99.928584 kpa (Sumber: Soal Tugas Asisten) 25. Patm = 0,98 bar

M

= ( 20 + a ) kg

Luas penampang piston = 0.05m Ditanya

:

Jawab P = P atm+

2

P = ............... ? MG A

P = 0,98 bar +

29kg 9,81 m/s 2 0.05m2

x

( 1 bar ) x 105 n/m2

1N 1Kg m/s2

= 1.0368 bar (Sumber: Soal Tugas Asisten) 26. Hitunglah massa udara di ruang M4, dengan asumsi P = 100, V = 96 m 3 T = 300K

Jawab :

THERMODINAMIKA

Page 18

PV = M RT 100x 96 = M 0,287 10 3 Pa x 300K M = 111, 49 Kg

(Sumber: Soal Quiz)

Soal untuk nomor 26 - 32

Bebas bergerak 1 Bar Water to = 42 o C , titik didih t1 = t2 = t3 ket : gambar di atas untuk no 26 – 32....

27. Air pada bejana tersebut disebut( padasaat t 0 ) ?

Jawab

: Compressed liquid

(Sumber: Soal Quiz) 28. Jika didinginkan dan mencapai titik didih disebut ?

Jawab

: Saturated Saturat ed liquid

(Sumber: Soal Quiz) 29. Rumus Q pada kasus diatas ?

Jawab

: Q = M C ∆T

(Sumber: Soal Quiz)

THERMODINAMIKA

Page 19

30. Panas yang digunakan unutk merubah suhu ?

Jawab

: panas sensible

(Sumber: Soal Quiz) 31. Ketika uap dipanaskan dan temperature menjadi t 3 disebut ?

Jawab

: uap panas lanjut

(Sumber: Soal Quiz) 32. Panas untuk memanaskan dari t 2 ke t3 disebut panas apa ?

Jawab

: uap panas sensible

(Sumber: Soal Quiz) 33. Panas yang digunakan untuk mengubah fase disebut ?

Jawab

: panas latten latt en

(Sumber: Soal Quiz) 34. W = 2 kj

W=2Kj Q=13Kj Q=12Kj

Qout= 3kj Qin = 12kj

Ditanya Jawab

: Berapa perubahan internal energinya? energin ya? :

THERMODINAMIKA

Page 20

∆Q = ∆U + W Qin- Qout = ∆U +W (12-3)KJ = ∆U +-2KJ

∆U = 11KJ (Sumber: Soal Quiz) 35. Jelaskan pengert ian konveksi, konduksi dan radiasi?

Jawab

:

Konduksi

= perpindahan kalor yang terjadi pada benda padat, cair dan gas yang diam

Konveksi

= perpindahan kalor antara aliran luida dengan sebuah permukaan permukaa n

Radiasi

=

perpindahan kalo rantara dua benda atau lebihs ecara langsung

(pancaran) (Sumber: Soal Quiz) 36. Sebutkan Faktor - faktor yang mempengaruhi mempengaruhi konduksi !

Jawab

: Faktor - faktor yang yang mempengaruhi konduksi adalah : koefision konduksi, Luas, gradient, tempe t emperature, rature,

(Sumber: Soal Quiz) 37. Cara menentukan flow energy ?

Jawab : W = F.X W = (P.A) .X W = P.v Atau PV = Pv M THERMODINAMIKA

Page 21

(Sumber: Soal Quiz) 38. Apa yang dimaksud dengan proses adiabatic ?

Jawab

: Proses adiabatic adalah proses dimana tidak ada transfer / interaksi energy.

Proses

ini terjadi terjad i karena bahan terisolasi teriso lasi dengan baik, ∆T=0 antara system

dan lingkungan (Sumber: Soal Quiz) 39. Apakah yang dimaksud dengan Siklus Rankine ?

Jawab

: Air dialirkan ke boiler dengan menggunakan menggunakan pompa untuk diuapkan, diuapkan, setelah

itu uap digunakan untuk memanaskan turbin sehingga pada tahap ini terjadi proses perubahan energy dari kalor menjadi gerak, turbin yang telah panas digunakan untuk memutar generator sehingga dihasilkan listrik. (Sumber: Soal Quiz) 27. Hukum pertama Thermodinamika itu untuk apa ?

Jawab

: Untuk menganalisa menganalisa perubahan bentuk energy dari satu energy ke energy yang lain.

(Sumber: Soal Quiz) 28. Contoh aplikasi pada Compressor, Turbin, , Diffuser ! 

Compressor

W = (h2-h1) w ≠ 0, ∆Ep = 0, ∆Ek = 0, Q= O 

Turbin

W = (h1-h2) W≠ 0 ,∆Ep≡, ∆Ek≡ 0, Q ≡O ≡O



Diffuser 2

2

(h1-h2) = V2 -V1 2

(Sumber: Soal Quiz) 40. Dalam sistem turbin gas jumlah udara yang dikompresi dan dipakai untuk pembakaran

sebanyak 50,5 kg/s, jumlah bahan bakar yang diperlukan sebanyak 0,90 kg/s. Selisih THERMODINAMIKA

Page 22

enthalpi gas hasil pembakaran masuk dan keluar turbin sebesar 560 kj/kg. Berapa MW daya netto yang dihasilkan oleh turbin bila 4,5% nya dipakai untuk mengkompresi udara dan efisiensi turbinnya 87%. Jawab :

ṁ udara = 50,5 kg/s ṁ bahan bakar = 0,90 kg/s Ǭ-Ẇ = ṁ [ ▲h+▲ke+▲pe] diasumsikan ▲ke dan ▲pe adalah 0 Ǭ=0 -(- Ẇ) = ṁ ▲h

Ẇ = (50,5+0,90) x 560 Ẇ = 28784 kW Efisiensi turbin 88% = 88/100 x 28784 kW = 25329.92 kW

Pnett = 25329.92 - (4,5% x 25329.92) Pnett = 25329.92 – 1139.8464 Pnett = 24.19 MW

(Sumber: Soal UTS no. 4, 2010/2011 )

41. Udara pada pada 10˚C dan tekanan 80 kPa

memasuki diffuser diffuser pada mesin mesin jet jet dengan 2

kecepatan steady 200 200 m/s. Pipa masuk dari diffuser d iffuser 0,4 m . Udara meninggalkan diffuser dengan kecepatan yang sangat rendah jika dibandingkan ketika masuk. a) Tentukan mass flow rate udara b) Temperature udara yang keluar

Diketahui h pada 283˚K = 283,14 kj./kg Jawab : a) Ǭ-Ẇ = ṁ [ ▲h+▲ke+▲pe]

THERMODINAMIKA

Page 23

P1 = 80 kPa T1 = 10˚C v1 = 200 m/s A = 0,4 m2

ṁ1

ṁ2

ṁ1= ṁ2 ρṽA=ρṽA 1/v1 ṽ A = ṁ2 volume spesifik = P v = R T v1 = RT /P v1 = 1.015 m

3

1/v1 ṽ A = ṁ2 1/1.015 200 0.4 = ṁ2

ṁ2 = 78,82 kg/s 2

2

q-w = (h2-h1) + (V2 - V1 )/2 + g (z2- z1) → ▲pe = 0 0 = (h2-283,14) + (0-(2002))/2 h2 = 20283,14 j/kg h2 = 202,8 kj/kg → cek ditabel suhu

(Sumber: Soal Asistensi ) 42. Udara pada 100 kPa dan 280˚K ditekan/dikompres sampai 600 kPa dan 400˚K. Laju alir

massa 0,02 kg/s dan panas yang hilang 16 kj/kg selama proses tersebut. Asumsikan perubahan nergi kinetik dan potensial adalah nol. Tentukan daya yang masuk dalam kompressor. Diketahui : h pada 280˚K = 280,13 kj/kg dan h pada 400˚K = 400,58 kj/kg kj/kg . Jawab : 2

2

q-w = (h2-h1) + (V2 - V1 )/2 + g (z2- z1) → ▲pe dan ▲ke = 0 q-w = (h2-h1) h1= h@280˚K = 280,13 kj/kg h2= h@400˚K = 400,88 kj/kg -16-w = (400,98-280,13) (400,98-280,13)

Ẇ=ṁw THERMODINAMIKA

Page 24

Ẇ = 0,02 x 136,85

w = -136,85 kj/kg

Ẇ = 2,72 Kw (Sumber: Soal Asistensi) 43. What is different between gage pressure and absolute pressure ?

Jawab : Pressure gage

= Kelebihan tekanan diatas tekanan/ selisih tekanan absolute dg tekanan atmosphere.

Absolute pressure

= Tekanan total. tot al.

(Sumber: Soal Tugas Asisten) 44. Both a gage and a manometer are attached to a gas tank to measure its pressure. If the

reading on the pressure gage is (80+a) kpa. Determine the distance between the two fluid levels of the manometer if the fluids is : 3 a. Mercury (ρ = 13600 kg/m ) 3

b. Water (ρ = 1000 kg/m )

Jawab : A. mercury

=

ρgage = ρabsoute – ρatm – ρatm 80

= ρatm + ρ.g.h – ρatm – ρatm

80

= 13.600 . 9,81 . h

h

=

80 13,6 . 9,81

THERMODINAMIKA

Page 25

h

B. water

= 0,599

ρgage = ρabsoute – ρatm – ρatm

=

80

= ρatm + ρ.g.h – ρatm – ρatm

80

= 1000 . 9,81 . h

h

=

80 9,81

h

= 8,15

(Sumber: Soal Tugas Asisten) 45. A gas is contained in a vertical, frictionless piston – cylinder device the piston has a mass 2

of (5+a) kg and cross – sectional area of 25 cm . A compressed spring above the piston exerts a force of 75 N on the piston. If the atmospheric pressure is 98 kpa, determine the pressure inside the cylinder.

ρatm = 98 kpa

A= 25 cm 2

mp = (5+a)kg Diketahui =

F = 75 N

ρatm = 98 kpa Mp = 10 kg 2

2

A = 25 cm = 0,0025 m Ditanya P

= …?

Jawab

=

P = ρatm + m.g + F A

A

THERMODINAMIKA

Page 26

= 98 kpa + 10 . 9,81 + 0,0025

75 0,0025

= 98000 + 39240 + 30000 = 167240 pa = 167,24 kpa

(Sumber: Soal Tugas Asisten) 46. Gambarkan Diagram P V ! P

T2 Superheated Vapour T1

Mix Satrurated T0

Compressed Liquid V

(Sumber: Soal Quiz)

THERMODINAMIKA

Page 27

APLIKASI HUKUM I THERMODINAMIKA 1.

Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Uap fuel

Boiler

Generator

Cooling Tower

kondensor

Pompa Pompa

1.

Air dalam boiler dipanaskan menjadi uap panas dengan tekanan tinggi dengan bantuan pembakaran bahan bakar.

2.

Uap panas ini kemudian menggerakkan turbin.

3.

Turbin menggerakkan generator yang kemudian menghasilkan tenaga listrik.

4.

Uap sisa hasil menggerakan turbin ini suhu dan tekanannya sudah menurun dibanding sehabis keluar dari boiler,namun suhu dan tekanannya masih tinggi.Uap panas ini kemudian dialirkan ke kondensor untuk diembunkan.

5.

Sistem pendingin di kondensor ini dihubungkan dengan cooling tower untuk mendinginkan air hasil kontak dengan uap panas tadi.

6.

Di cooling tower air diturunkan suhunya,kemudian dipompa menuju kondenser.

7.

Uap panas di kondenser diubah menjadi air yang suhunya lebih rendah,kemudian dialirkan ke pompa untuk kembali menuju boiler untuj kembali dipanaskan

.

(Sumber: Soal Tugas Dosen) THERMODINAMIKA

Page 28

2.

Prinsip Kerja Pengambilan Minyak dan Pengilangan Pe ngilangan Minyak

Crude Oil 1.

Minyak bumi diambil dengan cara membuat sumur minyak.

2.

Menghasilkan minyak mentah (crude oil).

3.

Lalu minyak mentah dipanaskan dalam suatu wadah dengan cara distalasi,dan akan menguap menurut titik didih masing-masing komponen minyak tersebut sesuai gambar diatas.

(Sumber: Soal Tugas Dosen) 3.

Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin

THERMODINAMIKA

Page 29

Prinsipnya 1.

Tenaga angin akan menggerakkan baling-baling (blades).

2.

Berputarnya balingakan menggerakkan rotor di pangkal blades,memutar shaft dan akhirnya memutar gear box.

3.

Kecepatan ditingkatkan di dalam gear box dengan perbandingan tertentu jari-jari gear,dan memutar generator yang menhasilkan arus listrik. (Sumber: Soal Tugas Dosen)

4.

Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi 1.

Dry Steam Power Plants Pembangkit tipe ini adalah yang pertama kali ada. Pada tipe ini uap panas ( steam) lang-sung diarahkan ke turbin dan mengaktifkan generator untuk bekerja menghasilkan listrik. Sisa panas yang datang dari production well dialirkan kembali ke dalam reservoir melalui injection well. Pembangkit tipe tertua ini per-tama kali digunakan di Lardarello, Italia, pada 1904 dimana saat ini masih berfungsi dengan

THERMODINAMIKA

Page 30

baik. Di Amerika Serikat pun dry steam power masih digunakan seperti yang ada di Geysers, California Utara. 2.

Flash Steam Power Plants Panas bumi yang berupa fluida misalnya air panas alam (hot spring) di atas suhu 1750 C dapat digunakan sebagai sumber pembangkit Flash Steam Power Plants. Fluida panas tersebut dialir-kan kedalam tangki flash yang tekanannya lebih rendah sehingga terjadi uap panas secara cepat. Uap panas yang disebut dengan flash inilah yang menggerakkan turbin untuk meng-aktifkan generator yang kemudian menghasil-kan listrik. Sisa panas yang tidak terpakai ma-suk kembali ke reservoir melalui injection well. Con-toh dari Flash Steam Power Plants adalah Cal-Energy Navy I flash flash geothermal power plants di Coso Geothermal field, California, USA.

3.

Binary Cycle Power Plants (BCPP) BCPP menggunakan teknologi yang berbe-da dengan kedua teknologi sebelumnya yaitu dry steam dan flash steam. Pada BCPP air panas atau uap panas yang berasal dari sumur pro-duksi ( production well) tidak pernah menyentuh turbin. Air panas bumi digunakan untuk memanaskan apa yang disebut dengan working fluid pada heat exchanger . Working fluid kemu-dian menjadi panas dan menghasilkan uap

berupa flash. Uap yang dihasilkan di heat exchanger tadi lalu dialirkan untuk memutar turbin dan selanjutnya menggerakkan genera-tor untuk menghasilkan sumber daya listrik. Uap panas yang dihasilkan di heat exchanger inilah yang (binary) fluid. Binary Cycle Power Plants ini sebetulnya disebut sebagai secondary (binary) fluid.

merupakan sistem tertutup. Jadi tidak ada yang dilepas ke atmosfer. Keunggulan dari BCPP ialah dapat dioperasikan pada suhu ren-dah yaitu 90-1750C. Contoh penerapan teknologi tipe BCPP ini ada di Mammoth Pacific Binary Geo-thermal Power Plants di Casa Di-ablo geothermal field , USA. Diper-kirakan pembangkit listrik panas bumi BCPP akan semakin banyak digunakan dimasa yang akan datang. 5.

Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

THERMODINAMIKA

Page 31

Reactor nuklir menghasilkan panas yang tinggi. Panas tersebut digunakan untuk memanaskan air yang kemudian berubah menjadi uap. Uao hasil pemanasan tersebut masuk ke dalam kompresor untuk proses kompresi. Uap dengan tekanan lebih tinggi masuk ke dalam turbin dan kemudian digunakan untuk menggerakkan generator yang akan menghasilkan energy listrik. Uap yang keluar dari turbin, didinginkan dalam kondensor , kemudian uap tersebut berubah menjadi air dan kembali lagi digunakan dalam siklus seperti di atas. (Sumber: Soal Tugas Dosen) 1.

Prinsip Kerja Combustion Engine Mesin pembakaran dalam adalah sebuah mesin yang sumber tenaganya berasal dari pengembangan gas-gas gas-gas panas bertekanan tinggi hasil pembakaran campuran bahan bakar dan udara, yang berlangsung didalam ruang tertutup dalam mesin, yang disebut ruang bakar (combustion chamber).

THERMODINAMIKA

Page 32

Sebuah mesin piston bekerja dengan membakar bahan bakar hidrokarbon atau hidrogen untuk menekan sebuah piston, sedangkan sebuah mesin jet bekerja dengan panas pembakaran yang mendorong bagian dalam nozzle dan ruang pembakaran, sehingga mendorong mesin ke depan.


Prinsip Kerja Turbin Gas dan Turbin Uap 1. Turbin Gas

THERMODINAMIKA

Page 33



Udara masuk melalui saluran udara (inlet). Inlet berfungsi sebagai menyaring debu dan kotoran yang masuk bersama udara. Lalu Udara masuk ke compressor yang berfungsi untuk menghisap dan mengkompresikan udara yang berasal dari inlet hingga bertekanan tinggi.



Setelah melewati compressor, udara bertekanan tinggi ini menuju combustion chamber. chamber. Dimana D imana pada combustion chamber ini ter jadi proses pencampuran pencampuran udara dan bahan bakar sehingga mengakibatkan suhu udara naik tanpa mempengaruhi tekanan.



Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin melalui nozzle yang berfungsi mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan bisa diteruskan untuk memutar compressor itu sendiri. Setelah melewati turbin, Gas sisa dibuang keluar melalui saluran buang.

2. Turbin Uap

THERMODINAMIKA

Page 34



Pada Boiler, Air diapanaskan hingga menjadi uap.



Uap air yang dihasilkan adalah uap yang bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi yang digunakan digunakan untuk memutar memutar turbin.



Uap yang telah melewati turbin diteruskan ke kondensor. Pada kondensor, uap didinginkan dan tekanan nya menjadi kecil hingga menjadi air kembali



Lalu air tersebut di pompa kembali agar bisa masuk lagi ke boiler.


Prinsip Kerja TGV

Kereta rel magnetic ini melayang melayang

10 mm di atas rel. rel. Arus listrik listrik yang diberikan ke

kumparan pada dinding jalur pemandu secara berganti-ganti mengubah polaritas kumparan magnet. Perubhana polaritas ini menyebabkan medan magnet di depan kereta menarik kereta ke depan dan medan magnet di belakang menambahkan gaya dorong ke depan. (Sumber: Soal Tugas Dosen) 9.

Prinsip Kerja Refrigeration System

THERMODINAMIKA

Page 35



Refrigeran yang masuk ke evaporator menerima kalor dari dalam ruangan. Pada

proses ini refrigerant berubah fase menjadi fase gas. 

Setelah melalui refrigerant yang berbentuk gas ini menuju ke compressor untuk

dinaikkan tekanannya. 

Refrigerant ini masuk ke kondensor. Dimana kalor yang dibawa dibuang ke udara luar

sehingga refrigerant berubah fase menjadi liquid dengan tekanan yang lebih rendah walaupun tetap dibilang tinggi t inggi.. 

Untuk menurunkan tekanan refrigerant ini dibutuhkan katup ekspansi setelah melalui

condenser condenser dan dialirkan d ialirkan kembali ke Evaporator lagi. (Sumber: Soal Tugas Dosen) 10. Prinsip Kerja Lokomotif Tenaga Uap Lokomotif tenaga uap memiliki 2 buah mesin uap yang terpasang di sisi kanan dan kirinya. Gerakan putaran mesin uap tersebut langsung digunakan untuk menggerakkan roda lokomotif. Dalam sistem kerja lokomotif tenaga uap tidak banyak terjadi ter jadi perubahan wujud. Sistem kerja lokomotif tenaga uap akan dijelaskan sebagai berikut:  Proses pembakaran bahan bakar terjadi di dalam ketel uap (boiler). THERMODINAMIKA

Page 36

 Tenaga panas hasil pembakaran akan digunakan untuk memanaskan air hingga

berubah menjadi uap yang bertekanan dan temperatur tinggi.  Uap tersebut lalu dialirkan ke dua mesin uap kanan dan kiri, mesin uap akan

mengubah uap (energi potensial) menjadi energi mekanik untuk memutar turbin yang ada di dalam mesin uap tersebut.  Energi mekanik yang dihasilkan akan digunakan untuk mengerakkan roda lokomotif

kereta tesebut. Di dalam mesin uap terjadi perubahan gerakan, gerakan, yaitu dari gerakan piston yang naik-turun naik-t urun menjadi gerakan berputar pada crank-shaft. crank-shaft. (Sumber: Soal Tugas Dosen) 11. Sebutkan bunyi hukum ke I termodinamika! Jawab : Energi tidak dapat

diciptakan diciptaka n maupun

dimusnahkan, energi

hanya dapat

diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Seperti Sepert i pemanasan pada boiler, energi kalor diubah menjadi internal energi dan kerja.

Q = ∆U + W Qin - Qout - W = U2-U1 (Sumber: Soal Quiz) 12. Sebutkan contoh cara mengubah energi kalor menjadi energi gerak! Jawab : Kalor Kalor hasil pembakaran pembakar an bahan bakar bakar akan digunakan

untuk menggerakkan

sepeda motor. (Sumber: Soal Quiz) 13. Sebutkan contoh cara mengubah energi kalor menjadi energi kinetik! Jawab : pada PLTU, bahan bakar uap yang dihasilkan dihas ilkan dari boiler akan digunakan untuk menggerakkan turbin dan generator, yang kemudian akan menghasilkan energi gerak. (Sumber: Soal Quiz) 14. Tentukan ∆U dari sistem berikut ini ! Jawab : THERMODINAMIKA

Page 37

W = 2 kJ

∆U

Q = 3 kJ

= ∆Q - W = (Qin - Qout) - W = (12-3) - (-2) = 13 kJ

Q = 12 kJ

(Sumber: Soal Quiz) 15. Hitung panas yang yang hilang dari sistem dibawah ini! Jawab :

Ein = 1500 kJ

Q

= (Ein - Eout) – Qhilang

1050 = (1500 - 350) - Qhilang Qhilang = 1150 – 1050 = 100 kJ W = 1050 kJ Eout = 350 kJ

(Sumber: Soal Quiz)

THERMODINAMIKA

Page 38

16.

Gas h

Po..? Patm H

= (60+a) cm

G

= 9,81m/s

= 98 KPa

2

Jawab : P

= Patm + ρgh = 98000 + 1000. 98,1. 1,28 =110556,8 Pa

(Sumber: Soal Tugas Dosen) 17. h

Hg

h

= (740+a) mmHg = 0,748 mHg

g

= 9,8 m/s

ρ

= 13600 kg/m

2

3

Patm..? Jawab : THERMODINAMIKA

Page 39

= ρgh

Patm

= 13600. 9,8. 0,748 = 99693,44 Pa


20. m gas Pa…?

Patm = 0,98 bar m

= (20+a)  (a= angka terakhir nomor mahasiswa)

Luas penampang piston = 0,05 m G

2

2

= 9,81 m/s

P…? Jawab: P. A

= Patm . A + W

= Patm + = 0,98 bar + 0,051 bar = 1,031 bar


THERMODINAMIKA

Page 40

21. Air 2kg, t = (20+a) ( 20+a)0C dipanaskan pada tekanan tetap 1 atm sehingga menjadi uap dengan 0

t=(110+a) C. Gambarkan proses tersebut dalam diagram T-V dan hitung panas yang dibutuhkan ! Jawab : Diagram T-V proses pemanasan air pada tekanan konstan

Panas yang dibutuhkan: Q = m . Cair . ΔT + m . L + m . C uap . ΔT 6

= 2 . 4200 (100-28) + 2 . 2,26x10 + 2 . 12600 (118-100) = 2 (2789200) = 5578400 Joule (Sumber: Soal Tugas Asisten) 22. Diketahui : Uap H2O P

= 10 bar = 10 atm

m

= 2 kg

Vf

= 0,001127 m3 /kg

Vg

= 0,194444 m /kg

3

THERMODINAMIKA

Page 41

hf

= 762,81 KJ/kg

hg

= 2778,1 KJ/kg

uf

= 761,68 KJ/kg

ug

= 2583,6 KJ/kg

sf

= 2,1387 KJ/kg K

sg

= 6,5865 KJ/kg K

Ditanyakan : a.

V air jenuh ?

b.

V uap jenuh ?

c.

X=0,2 , V2? h2? S2? U2 ?

Jawab: a.

V air jenuh

= Vf . m = 0,001127 . 2 = 0,002254 m

b.

3

V uap jenuh = Vg . m = 0,19444 . 2 = 0,38888 m

c.

V2

3

= Vf + X (Vg-Vf) = 0,001127 + 0,2 (0,19444-0,001127) 3

= 0,0397896 m /kg

h2

= hf + X (hg-hf) = 726,81 + 0,2 (2778,1-762,81) THERMODINAMIKA

Page 42

= 1165,868 KJ/kg

u2

= uf + X (ug-uf) = 761,68 + 0,2 (2583,6-761,68) = 1126,064 KJ/kg

s2

= sf + X (sg-sf) = 2,1387 + 0,2 (6,5865-2,1387) = 3,02826 KJ/kg.K

(Sumber: Soal Tugas Asisten) 23.

Prediksi massa udara dalam ruangan M4 P

= 1 atm

T

= 270C = 300 K

V(ruangan)= 13 . 7 . 3,5 3

= 318,5 m

3

R(udara) = 0,2871 kpa.m /kg.K Jawab:

(Sumber: Soal Tugas Dosen) 24. Bagaimana bunyi Hukum I Termodinamika? 

Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tapi hanya dapat berubah dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain.

(Sumber: Soal Quiz) 25. Apa perbedaan heat dan work ?  Heat

: THERMODINAMIKA

Page 43

Energi yang berpindah dari satu sistem dan sistem yang lain karena adanya perbedaan perbedaan temperatur 

Work

:

Energi yang berpindah dari satu sistem dan sistem yang lain bukan karena adanya perbedaan perbedaan temperature (Sumber: Soal Quiz) 26. Bagaimana aplikasi Hukum I Termodinamika Termodinamika pada:

THERMODINAMIKA

Page 44

a. Compressor

q

0









w  h 2  h1

W≠0 pe

0

ke

0

b. Turbine

q

0

W≠0

w  h1  h 2

pe

0

ke

0

c. Diffuser

q

0

W

2

0

pe

 h1



h2





V2

2



V1

2

0

ke ≠ 0 d. Nozzle

q

0 2

W pe

0

 h1



h2





V2

2



V1

2

0

ke ≠ 0 (Sumber: Soal Quiz)

THERMODINAMIKA

Page 45

27. Berapa perubahan internal energinya? W = 2 KJ

Gas

Q = 3 KJ

Q = 12 KJ

∆u = Q – Win = +12 KJ – 3 KJ – 2 KJ =

7 KJ

(Sumber: Soal Quiz) 28. Berapa panas yang hilang?

Ein = 1500 KJ

W = 1050 KJ

Eout = 350 KJ

Qloss = 1500 KJ – (1050 KJ + 350 KJ) = 1500 – 1400 KJ = 100 KJ

(Sumber: Soal Tugas Asisten) 29. Manometer = Patm + Ƿ g h

Patm = 98 KPa

P

h

= 90 cm

= 98 KPa +(1000 kg/m3)(9,81 m/s2)(0,9 m) .1KPa

g

= 9,81 m/s

2

THERMODINAMIKA

2

1000N/m

Page 46

Ƿair

= 1000 kg/m

= 98 KPa + 8.829 KPa = 106, 829 KPa

(Sumber: Soal Tugas Asisten) 30. Barometer

h

= 740 mmHg

Ƿ

=

136.000

3

kg/m

= 9, 81 m/s2

g

=Ƿ g h

Patm

3

2

= (136.000 kg/m )( 9, 81 m/s )( 740 mmHg) = 32, 0198 Kpa

(Sumber: Soal Tugas Asisten) 31. m

m

= 20 Kg

Patm

= 0,98 bar

gas

Luas penampang piston = 0,05 m g

2

2

= 9, 81 m/s

P. A = P atm . A + W P = Patm + (m.g)/A = (0,98 bar) + (20 Kg)( 9, 81 m/s 2)/(0,05 m2) = 0,98 bar + 0, 039 bar = 1, 3724 bar (Sumber: Soal Tugas Asisten) 32. Balloons are often filled with helium gas because it weights only about one-fourth or what air weights under identical conditions. The buoyancy force which can be expressed THERMODINAMIKA

Page 47

as: Fb = Ƿair . g . Vballoons will push the balloon upward. If the balloon has a diameter of 10 m and carries two people, 70 Kg each, determine the acceleration of the balloon when it is

first released. Assume the density of air is Ƿ = 1, 16 Kg/m 3 and neglect the weight of ropes and the cages.

Ƿair

= 1, 16 Kg/m3

ǷHe

= ¼ (1, 16 Kg/m )

3

= 0, 29 Kg/m3 m

= 2 x 70 Kg = 140 Kg

D

= 10 m

r

=5m

g

= 9, 81 m/s2

 Vballoon

= 4/3 (3, 14) (5)

3

= 523, 33 m3  mtotal

= mHe + mpeople

= ǷHe . V

+ mpeople

= (0, 29 Kg/m3)( 523, 33 m3)+ 140 Kg =291, 76 Kg  Fb

= Ƿair . g . Vballoons 3

2

3

= (1, 16 Kg/m )( 9, 81 m/s )( 523, 33 m ) = 5955, 29 N  F

= Fb – W 2

= 5955, 29 N – (291, 76 Kg)( 9, 81 m/s ) = 3093, 12 N  F

= m.a

a

= F/m = 3093,12 N / 291, 76 Kg = 10, 60 m/s

2


THERMODINAMIKA

Page 48

33. Jelaskan perbedaan sistem terbuka dan sistem tertutup pada prinsip termodinamika! Berikan contohnya! Jawab: Sistem tertutup (massa atur): jumlah massa dalam sistem bersifat konstan, artinya massa tidak ada yang masuk maupun keluar. Akan tetapi energi dalam bentuk kalor atau kerja dapat keluar masuk sistem. Ketika energi tidak dapat keluar masuk dari sistem, sistem tersebut dinamakan sistem terisolasi. Contoh dari sistem t ertutup : piston. Sistem terbuka (volume atur): volume dalam sistem bersifat konstan, ketika ada massa yang masuk-keluar, volumenya tidak berubah. Contoh sistem terbuka: pompa. (Sumber: Soal Tugas Asisten) 34. Jelaskan prinsip dasar teknologi memasak dengan presto! Jawab: Pressure cooker adalah panci yang dapat memasak makanan lebih cepat dari panci biasa. Prinsip kerjanya berdasar pada tekanan dan temperatur pada kondisi yang lebih besar. Tekanan dalam panci diatur oleh regulator tekanan yang membuat tekanan pada level konstan dengan secara secara teratur terat ur mengeluarkan sedikit sedikit uap keluar k eluar agar tekanan dalam panci tidak berlebihan. Tekanan dan temperatur yang tinggi tersebut didapat dari pemanasan air dalam panci. Ketika uap dari air tersebut menjadi superheated vapor, panas akan meningkat dan tekanan juga meningkat. Karena uap yang keluar sedikit tekanan dan temperaturnya menjadi konstan. (Sumber: Soal Tugas Asisten) 35. Seorang Ibu memanaskan air pada sebuah panci. Di dalam panci tersebut terdapat pengaduk pengaduk seperti pada gambar berikut :

Selama proses pemanasan, panas yang diberikan ke air sejumlah 50 kJ. Sedangkan panas yang hilang ke udara sekitar adalah 7 kJ. Pengaduk bekerja dengan usaha 500 Nm. Tentukan energi akhir sistem jika energi mula-mula 15 kJ! Jawab: THERMODINAMIKA

Page 49

Diketahui

: Qin = 50 kJ Qout = 7 kJ W

= 500 Nm = 0,5 kJ

U1 = 15 kJ Ditanyakan : U2 ? Jawab

: Q – W = U ( Qin - Qout ) – W = U2 - U1 ( 50 – 7) – ( -0,5 ) = U 2 - 15 43,5 + 15 = U 2 U2 = 58,5 kJ

Jadi energi akhir adalah 58,5 kJ. (Sumber: Soal Tugas Asisten) 36. Ruang kelas M2 menggunakan 2 buah AC dengan daya masing-masing 3 kW. Jika diasumsikan setiap orang mengeluarkan panas tubuh 300 kJ/jam, berapa jumlah maksimum orang dalam kelas M2 agar suhu dapat dipertahankan pada 24

0

C?

Pertimbangkan pula 8 buah lampu neon dengan daya masing-masing 10 Watt! Jawab: Diketahui

: Daya AC total = 2 x 3 kW = 2 x 3000 W = 6000 Watt Daya lampu total = 8 x 10 W = 80 Watt Panas tiap orang = 360 kJ/jam = 360.000 / 3600 = 100 Watt

Ditanyakan : Berapa jumlah maksimum orang di ruang M2? Jawab

: daya AC = daya lampu + daya panas tiap orang 6000 W = 80 W + 100n 6000 – 80 =100n THERMODINAMIKA

Page 50

n = 5920 / 100 n = 59,2 Jadi maksimum jumlah orang yang ada diruang adalah 59 orang. (Sumber: Soal Tugas Asisten) 37. a. Melisa memasak daging satu kilogram menggunakan pressure cooker , sedangkan Dimas melakukan hal yang sama tetapi menggunakan panci logam dengan tutup biasa. Daging yang mana yang lekas empuk? Jelaskan Secara termodinamis. b. Apa yang dimaksud dengan kalor jenis?, Mengapa Cp >Cv, >Cv, jelaskan. Jawab: a. Uap pada pressure cooker tidak banyak yang keluar menyebabkan tekanan pada panci akan lebih tinggi dari panci biasa. Tekanan yang lebih tinggi ini akan menyebabkan titik didih tinggi air akan lebih tinggi yang menyebabkan air mendidih lebih cepat. b. Kalor Jenis adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan satu satuan suhu pada satu satuan massa. Cp lebih besar dari Cv karena pada Cp energi yang diperlukan untuk work dan kalor. Sedangkan untuk Cv hanya kalor saja. (Sumber: Soal UTS no. 1, 2010/2011) 38. Hukum alam mengenai kekekalan energi dibahas dalam Hukum I Termodinamika. Uap masuk ke dalam turbin sebanyak m Kg/hour mempunyai kondisi u 1, p1, v1 (Volume Jenis), V1 (Kecepatan), (Kecepatan), z1(Ketinggian) (Ketingg ian) dan kondisi uap ke luar luar u 2, p2, v2, V2 , z2. a. Tuliskan persamaan untuk menghitung energi yang dibawa oleh uap masuk ke turbin setiap jamnya b. Bila kalor yang hilang ke udara luar lewat dinding sebesar Q KJ/ hour, berapa energi yang dihasilkan oleh turbin uap tersebu t ersebutt tiap t iap jamnya? Jawab: a.

Karena

h



u



P

maka

THERMODINAMIKA

Page 51

b.

(Sumber: Soal UTS no. 2, 2010/2011) 39. a). Proses Reversibel Reversibel merupakan merupakan proses ideal, ideal, kondisi ini diciptakan diciptakan agar analisis analisis suatu persoalan termodinamika bisa diselesaikan dengan lebih mudah. Pada kenyataannya proses berjalan secara irreversible, jelaskan empat hal yang berkontribusi terhadap irreversibility tersebut.

Jawab : Friction, Ekspansi /Kompresi non-Quasi Equilibrum, Heat Transfer(karena adanya ), dan Reaksi Kimia. b). Dalam sistem turbin gas, jumlah udara yang dikompresi dan dipakai untuk pembakaran sebanyak 50,5 kg/s, jumlah bahan bakar yang diperlukan sebanyak 0,90 kg/s. Selisih entalpi gas hasil pembakaran pembakaran masuk dan luar turbin sebesar sebesar 560 kJ/kg. Berapa MW daya netto yang dihasilkan oleh turbin bila 4,5 % nya dipakai untuk mengkompresi udara dan efisiensi turbinnya 87%. Fuel

THERMODINAMIKA

Page 52

Jawab : Jumlah total udara+bahan bakar = 50kg/s + 0,90kg/s = 51,4 kg/s Daya Total

= 51,4 . 560 = 28,784 kW

Daya netto

= 87% . 28,784 – 4,5% . 87% . 28,784 = 23,9151864 kW

(Sumber: Soal UTS no. 4, 2010/2011)

THERMODINAMIKA

Page 53

PERUBAHAN FASE 1.

P= 1 Bar

0

Air

m

To = 42 C

Q

Berdasarkan gambar diatas jawablah pertanyaan berikut :

1. Disebut apakah air yang bertemperatur seperti dalam gambar ?

Air belum jenuh (“ compressed liquid ” atau “ subcooled liquid ”) ”) 2. Jika air tersebut didihkan sampai titik didihnya. didihnya. Disebut apa ? Air jenuh ( saturated liquid) 3. Bagaimana cara mencari jumlah kalor pada gambar tersebut jika airnya di didihkan samapi titik titik didihnya ?

Q = m x c x ΔT 4. Panas apakah yang digunakan untuk mengubah temperature dari suhu 42

0

C samapi

titik didih air ? Panas sensible 5. Jika air tersebut dipanaskan kembali dari titik tit ik didihnya. Disebut apakah itu ?

Uap jenuh (“ saturated vapor”) 6. Jika uap tersebut dipanaskan lagi. Disebut apakah itu ?

Uap panas lanjut (“ superheated vapor”) 7. Panas yang dipakai untuk mengubah temperature disebut ? Panas Sensibel 8. Panas yang dipakai untuk mengubah fase disebut ? Panas Laten 9. Gambarkan diagram v-t yang sesuai dengan gambar diatas ! 10. THERMODINAMIKA

Page 54

uap panas lanjut

air

uap 0

100 C

0

100 C

0

42 C (Sumber: Soal Quiz) 2.

Jelaskan Prinsip Kerja PLTU!

THERMODINAMIKA

Page 55

Boiler adalah bejana yang terbuat dari baja yang berguna sebagai tempat untuk memanaskan air yang didapat dari sumber seperti sungai dengan menggunakan bahan bakar berupa BBM, BBG, batubara, dll. Setelah air dipanaskan dalam boiler, maka air akan berubah fase menjadi uap panas bertekanan dan bertemperatur tinggi. Uap tersebut digunakan untuk menggerakkan turbin sehingga menghasilkan energi gerak untuk menggerakkan turbin, lalu energi gerak tersebut diubah menjadi energi listrik. Lalu uap yang telah mengalami proses ekspansi ,memiliki tekanan dan tempertur rendah. Uap tersebut dialirkan ke kondensor. Pada saat di kondensor, uap tersebut berubah fasenya menjadi air karena melalui proses pendinginan. Uap tersebut didinginkan oleh air yang berasal dari sungai, air tersebut lalu dibuang lagi ke sungai dalam keadaan panas. Agar ekosistem yang ada di sungai tidak terganggu karena suhu air yang tinggi maka air panas tersebut dimasukkan dahulu ke dalam cooling tower. Di dalam cooling tower, air panas disemprotkan dari atas lalu terkena udara dari bawah. Udara yang mendinginkan air tersebut, mengalir sendiri dari bawah ke atas karena adanya perbedaan berat jenis. Setelah dingin air tersebut dikembalikan ke sungai. Uap yang telah berubah menjadi air dingin akan dipompa menuju ke boiler lagi. 3.

Bagaimana proses yang terjadi pada kegiatan pengilangan minyak?

THERMODINAMIKA

Page 56

Crude oil mengandung salt water sekitar 95% sehingga harus di desalting dengan menggunakan desalter. Proses desalting berfungsi untuk mengencerkan high salt conten brine dengan menambahkan fresh water pada crude oil untuk memproduksi low salt content water setelah itu hasil crude oil yang mengandung sedikit garam dimasukkan ke dalam heater, setelah itu dialirkan ke masing-masing desalter lain dan disteam lalu menghasilkan menghasilkan Atm At m gas oil, diesel, dan kerosene. k erosene. Di dalam tabung tersebut dari dar i bawah di pompa dan dimasukkan ke heater setelah itu dimasukkan ke menara penyulingan. Hasil dari menara penyulingan menghasilkan komponen minyak bumi berdasarkan titik didihnya yaitu Gas, LVGO ( Light Vacuum Gas Oil, boiling range 243 -382 oC), o

o

HVGO ( High Vacuum Gas Oil, boiling range 365-582 C) dan residue ( range 582 C) THERMODINAMIKA

Page 57


Bagaimana cara kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Angin? Kincir angin yang digunakan pada mesin pembangkit listrik sering disebut dengan turbin angin. Pada dasarnya, cara kerja turbin angin tidak jauh berbeda dengan turbinturbin lainnya. Dalam hal ini, turbin adalah mesin putar ( rotary engine) yang mengubah energi dari aliran suatu zat (biasanya air, gas, uap, dan angin) menjadi energi mekanik yang dapat THERMODINAMIKA

Page 58

memutarkan turbin tersebut. Untuk turbin angin, energi penggeraknya adalah aliran udara. Turbin angin sederhana terdiri sebuah roda atau rotor yang dilengkapi dengan balingbaling ( propeller ) atau sudu-sudu ( blade). Baling-baling atau sudu-sudu inilah yang

berfungsi untuk “menangkap” energi angin sehingga dapat membuat roda atau rotor turbin tersebut berputar. Energi putaran rotor turbin kemudian diteruskan melalui batang penggerak ( drive shaft ) untuk menjalankan generator listrik. Jadi, komponen-komponen utama pada mesin

pembangkit pembangkit listrik tenaga listrik tenaga angin adalah sebagai berikut. 

Rotor, yaitu komponen yang berfungsi untuk mengubah energi angin menjadi energi gerak atau mekanik.



Batang penggerak, yaitu komponen yang berfungsi untuk meneruskan energi gerak dari rotor ke generator listrik.



Generator listrik, yaitu komponen yang berfungsi untuk mengubah energi gerak atau mekanik menjadi energi listrik.


Bagaimana proses yang terjadi pada PLT Panas Bumi?

Reservoir-nya berupa panas bumi, menggantikan boiler. Semburan uap dialirkan ke turbin penggerak generator. Setelah menggerakkan turbin, uap akan diembunkan dalam kondensor menjadi air dan akan disuntikkan kembali ke perut bumi menuju kantong uap.

THERMODINAMIKA

Page 59


Bagaimana cara kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir? Pembangkit listrik tenaga nuklir berbeda dengan pembangkit lainnya. Perbedaannya terletak pada bahan bakar yang digunakan untuk menghasilkan uap. Pembangkit listrik tenaga nuklir menggunakan uranium sebagai bahan bakarnya. Reaksi pembelahan inti uranium menghasilkan tenaga panas dalam jumlah yang sangat besar dan membebaskan dua sampai tiga buah neutron. Sesuai dengan gambar di bawah adalah gambar skema reaktor pressurized water reactor (PWR). PWR adalah jenis reaktor daya nuklir yang menggunakan air ringan biasa sebagai pendingin maupun moderator neutron. Pada reaktor jenis ini, aliran pendingin utama yang berada di reactor vessel (teras reaktor) berusaha mencapai 325 derajat C sehingga perlu diberikan tekanan tertentu oleh perangkat pressurizer yaitu sekitar 155 atm sehingga air tidak dapat mendidih. Kemudian, di dalam steam generator (generator uap) panas akan dipindahkan ke aliran pendingin sekunder yang kemudian mendidih menjadi uap air. Uap air yang dihasilkan akan diteruskan ke turbin. Roda gigi THERMODINAMIKA

Page 60

yang ada di dalam turbin dengan perbandingan tertentu akan berputar lalu generator akan bergerak dan listr listrik ik pun akan dihasilkan. dihasilka n. Listrik Listr ik ini ini nantinya digunakan digunaka n untuk kebutuhan sehari-hari baik di desa maupun di kota. Uap panas yang tadi sudah terpakai tidak langsung dibuang, namun didinginkan di dalam kondensor dan menjadi aliran pendingin sekunder. Aliran pendingin sekunder ini kembali memasuki generator uap dan menjadi uap air kembali kemudian uap air akan memasuki turbin lalu siklus pun akan terulang lagi. (Sumber: Soal Tugas Asisten)


Jelaskan cara kerja Internal Combustion Engine ! Internal Combustion Engine adalah pesawat yang tenaga mekaniknya diperoleh dari hasil pembakaran campuran bahan bakar gas dan udara. Bahan bakar gas dan udara dikompresikan oleh piston (torak) didalam ruang bakar (Combustion Chamber) sehingga volume makin kecil. Akibat dari kompresi tersebut suhu dan tekanan bahan bakar gas dan udara didalam ruang bakar akan naik. Kemudian dengan adanya loncatan bunga api listrik dari busi (Spark Plug) akan terjadi ledakan yang akan menimbulkan ekspansi gas.Tenaga ekspansi ini akan mendorong piston (torak) , dan melalui mekanisme batang THERMODINAMIKA

Page 61

torak dan poros engkol akan mengubah energi potensial menjadi energi mekanis dalam bentuk gerak putar. Proses pembakaran pada motor bahan bakar gas berlangsung didalam ruang silinder , maka motor bakar ini disebut motor pembakaran dalam (Internal Combustion

Engine).

Bahan bakar gas yang digunakan adalah gas alam (Natural Gas) yang terdiri dari gas – gas hidrokarbon dengan kandungan terbesar adalah gas Methana (CH4) yang telah dilakukan proses pemisahan kadar air dan kondensatnya menjadi Dry Gas.

Prinsip Kerja

Dalam hal ini dasar prinsip kerja motor gas yang digunakan memakai system 4 (empat)langkah (tak). Prinsip pembakaran pada motor bahan bakar gas adalah bahan bakar gas dicampur dengan udara lalu dimasukan ke dalam ruang silinder . Dimana gas tesebut sebelum masuk keruang bakar dicampur dulu dengan udara melalui alat yang disebut karburator, dengan perbandingan tertentu. Pemasukan udara ada dua sistem yaitu secara alami (Natural Aspirated) atau secara paksa (Forced aspirated) . Setelah campuran bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder ,kemudian dikompresikan oleh piston (torak) sehingga mengalami kenaikan tekanan dan temperaturnya .Pada saat piston mendekati Titik Mati Atas(TMA),pada derajat yang telah ditentukan ,busi(spark plug) akan mengeluarkan bunga api listrik sehingga bahan bakar diruang bakar akan terbakar, maka akan terjadilah ekspansi atau langkah langkah usaha sehingga piston (torak) (to rak) akan terdorong menuju Titik Mati Bawah(TMB).Proses Baw ah(TMB).Proses ini akan berlangsung kontinyu sehingga gerakan bolak balik (translasi) piston (torak ) akan dirubah oleh poros engkol(crankshaft)menjadi engkol(crankshaft)menjadi gerak putar (rotasi) sehingga dapat menggerakkan roda penerus (flywheel), maka didapatlah energi mekanik dalam bentuk gerak putar.

THERMODINAMIKA

Page 62

Siklus kerja motor bakar 4 tak.

1. Langkah Isap (Intake Stroke) Piston bergerak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB)dimana pada saat itu valve masuk terbuka dan valve buang tertutup, dengan perubahan volume didalam silinder makin besar menyebabkan terjadinya beda tekanan dimana dalam silinder lebih rendah dibanding tekanan diluar silinder, beda tekanan itu timbul gaya isap (vacum) sehingga campuran bahan bakar dengan udara masuk melalui carburetor ke dalam

silinder.

Untuk motor bakar yang menggunakan turbocharger ,udara dan bahan bakar dipaksakan masuk ke silinder oleh turbocharger waktu langkah isap sehingga tidak terjadi kevakuman didalam silinder.

2. Langkah Kompressi (Compression Stroke)

THERMODINAMIKA

Page 63

Piston bergerak dari titik mati bawah ( TMB ) ke titik mati atas ( TMA ) dimana pada saat itu kedua valve ( valve isap dan valve buang ) tertutup sehingga terjadi kompresi terhadap campuran udara dan bahan bakar gas didalam silinder.

3. Langkah Kerja (Exspantion Stroke) Sebelum piston mencapai titik mati atas ( TMA ) atau beberapa derajat sebelum TMA , terjadi loncatan bunga api dari busi ( spark pug ) sehingga terjadi proses pembakaran yang sangat cepat dan gas hasil pembakaran tersebut mengalami ekspansi yang mendorong piston ke titik mati bawah ( TMB ) . Dengan melalui mekanisme poros engkol ( crankshaft ) gerakan bolak-balik ( translasi ) piston ini dirubah menjadu gerakan putar (rotasi) oleh Crankshaft, maka didapatlah energi mekanik dalam bentuk gerak putar.

4. Langkah Buang. Karena gerak putar poros engkol, maka torak yang telah sampai pada titik mati bawah (TMB)akan bergerak kembali ke titik mati atas (TMA). Sementara itu katup isap masih tertutup, sedang katup buang terbuka sehingga gas sisa hasil pembakaran dapat terbuang keluar.


Jelaskan prinsip kerja gas turbin dan gambarlah skemanya!  Cara kerja

Gas-turbine engine adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk

memutar turbin dengan pembakaran internal. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas. Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara ( inlet ). ). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara THERMODINAMIKA

Page 64

mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran pembakaran tersebut dialirkan dialirka n ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudusudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang ( exhaust ). ). Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan lainnya. Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari:  Turbin gas siklus tertutup (Close ( Close cycle) cycle)

 Turbin gas siklus terbuka (Open cycle)

Perbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida kerja. Pada turbin gas THERMODINAMIKA

Page 65

siklus terbuka, akhir ekspansi fluida kerjanya langsung dibuang ke udara atmosfir, sedangkan untuk siklus tertutup akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk kembali ke dalam proses awal. (Sumber: Soal Tugas Asisten) 9.

Jelaskan prinsip kerja TGV! Pada awalnya, sistem dimulai dari mauknya tegangan sebesar 1500 VDC. Kemudian tegangan tersebut masuk pada input filter yang berfungsi memperhalus input arus bagi inverter dan juga sebgai pembatas arus transient saat KRL melintas pada sambungan jala-jala. Selanjutnya, tegangan 1500 VDC tersebut masuk pada inventer bridge yang berfungsi mengubah tegangan 1500 VDC menjadi tegangan AC3 phasa untuk menyatukan 4 buah motor traksi penggerak KRL. Inventer ini merupakan tipe sumber tegangan dengan output berbentuk modulasi lebar pulsa (PWM/pulse width modulation) dengan frekuensi dan tegangan variabel. Di sini, traction control unit (TCU) berfungsi sebagai pusat kontrol VVVF inventer. Modul iniberupa 15 buah PCB (pinted circuit board) yang tersusun dalam housing yang mengacu pada standar sistem bus. Bagian-bagian TW secara umum adalah input/output pot, vehicle interface, software, measurement interface, pulse generator, general control, protection sistem. Sebelum TCU mengontrol VVVF inventer, terlebih dahulu Gate Unit mengubah signal control itu menjadi pulsa arus untuk penyalaan dan pemadaman GTO melalui fiber optik. Selain mengisolir antara sistem power elektronik tegangan tinggi dengan TCU, juga berfungsi untuk mengetahui status GTO dan mengirim informasi ini ke TCU sebagai bagian dari proteksi inventer. Selain itu, thyristor cowbar berfungsi sebagai proteksi saat GTO (Get Turn Off) inventer phase mengalami overcurrent. Demikian tadi urutan prinsip kerja kereta listrik yang menggunakan VVVF inventer, bila tegangan 1500 VDC masuk VVVF inventer untuk di ubah tegangannya untuk menyatukan 4 buah motor traksi penggerak, maka KRL (Kereta l istrik) dapat bergerak. THERMODINAMIKA

Page 66

(Sumber: Soal Tugas Asisten) 10. Jelaskan cara kerja refrigeration system dan gambarlah skemanya!

 Cara kerja

Refrigerant menyerap panas dari dalam ruangan melalui kumparan pendingin dan kipas evaporator meniupkan udara dingin ke dalam ruangan. Refrigent dalam evaporator mulai berubah menjadi uap yang bertekanan dan bertemperature rendah. Uap refrigerant yang berasal dari evaporator kemudian masuk ke kompresor. Di kompresor, uap refrigerant akan menjadi uap bertekanan tinggi , Kemudian uap tersebut diteruskan ke kodensor. Di kondensor, uap tersebut akan melepas kalor mengunakan mengunakan kipas yang ada di d i kondensor dan dibuang ke lingkungan. Uap yang telah t elah melepaskan kalor akan berubah fase dari uap menjadi cairan (terkondensasi) dan selanjutnya cairan tersebut terkumpul di penampungan cairan refrigerant. Lalu cairan refrigerant yang bertekanan tinggi mengalir dari penampung refrigerant ke katup ekspansi. Keluar dari katub ekspansi tekanan cairan refrigerant menjadi sangat berkurang. Pada saat inilah cairan tersebut mulai menguap di evaporator, demikian seterusnya proses – proses ini berulang kembali. (Sumber: Soal Tugas Asisten) THERMODINAMIKA

Page 67

11. Bagaimana cara kerja mesin lokomotif?

Didalam cylinder mesin uap terdapat piston yang mempunyai piston rod yang dihubungkan dengan cross head yang berada diluar cylinder. Cross head dihubungkan oleh connecting rod dengan crank shaft (tidak tampak pada gambar), sehingga apabila piston

bergerak

kian

kemari

maka

crank

shaft

dapat

berputar.

Slide valve yang mempunyai valve rod digerakkan oleh crank shaft melalui eksentrik, sehingga slide valve dapat bergerak kian kemari sambil membuka dan menutup dua buah lubang uap yang berhubungan dengan cylinder. Valve box dimana slide valve berada mempunyai dua saluran, saluran pemasukan yang dihubungkan dengan boiler untuk menyalurkan uap dengan tekanan tinggi (warna merah), dan saluran pembuangan yang dihubungkan dengan cerobong untuk membuang uap bekas (warna biru). Pada waktu piston mencapai posisi paling kiri, maka slide valve akan membuka lubang uap cylinder bagian kiri sehingga uap dari boiler dapat masuk kedalam cylinder pada bagian kiri dari piston dan mendorong piston kekanan, sementara itu lubang uap sebelah kanan dihubungkan dengan saluran pembuangan sehingga uap bekas dapat terbuang keluar melalui cerobong. Sebelum akhir langkah piston, lubang uap tersebut sudah ditutup oleh slide valve sehingga pasokan uap terhenti namun piston tetap bergerak kekanan karena ekpansi dari uap.

THERMODINAMIKA

Page 68

Pada waktu piston mencapai posisi paling kanan, maka slide valve akan membuka lubang uap cylinder bagian kanan sehingga uap dari boiler dapat masuk kedalam cylinder pada bagian kanan piston dan mendorong piston kekiri, sementara itu lubang uap sebelah kiri dihubungkan dengan saluran pembuangan sehingga uap bekas dapat terbuang melalui cerobong. Sebelum akhir langkah piston, lubang lubang uap tersebut sudah ditutup oleh o leh slide valve sehingga pasokan uap terhenti namun piston tetap bergerak kekanan karena ekpansi dari uap.Karena cross head dengan crank shaft dihubungkan oleh connecting rod, maka gerakan kian kemari dari piston tersebut t ersebut akan diubah menjadi gerakan putaran dari crank shaft. Demikian selama ada pasokan uap dari boiler maka mesin uap akan merubah menjadi tenaga mekanis dengan gerakan putaran dari crank shaft. (Sumber: Soal Tugas Asisten) 12. An 80- L vessel contains 4 kg of refrigerant-12 at pressure 0f 90 Kpa. Determine : a.) the temperature of the t he refrigerant b.) the quality c.) the entalphy of refrigerant d.) the volume occupied by the vapor phase pada tabel refrigerant-12, 90 kPa memiliki :

a.)

b.) Specific volume

Quality

THERMODINAMIKA

Page 69

c.) Entalphy of refrigerant

d.) Mass of the vapor Volume occupied by the vapor phase is

(Sumber: Soal Tugas Asisten) 13. Air 2 kg, t=(20+a) 0C dipanaskan pada tekanan tetap 1 atm sehingga menjadi uap t=(110+a) 0C. Gambarkan dan hitung panasnya! Jawab: m=2 kg 0

0

T1=(20+0) C = 20 C T2=(110+) 0C = 110 0C Cair=4200 J/kg0C Q1= m.c.Δt1

Suh 0

0

Uap 110 C

0

= 2 kg.4200 J/kg C.80 C

0

Air 100 C 0

Uap 100 C

= 672000 J Q2= m.Lu

Air

Tekanan

= 2 kg.2256000 J/kg

THERMODINAMIKA

Page 70

= 4512000 J Q3= m.c. Δt3 = 2 kg.4200 J/kg 0C.100C = 84000 J Q total

= Q1+Q2+Q3

= 5268000 J = 5268 kJ (Sumber: Soal Tugas Asisten) 15. Uap H20, P=(2+a) bar, m=2 kg. Cari:

a. volume air jenuh

= vf.m

= 0,00106052.2 kg = 2,12104 x 10 -3 b. volume uap jenuh = vg.m = 0,885682.2 kg = 1,771364 c. bila x=0,2 maka hitung v2, h2, u2, dan s2 

v2 = vf + x(vg-vf)

= 0,00106052 + 0,2 (0,885682-0,00106052) = 0,177984816 m3 /kg 

h2

= hf + x (hg-hf)

= 504,704 + 0,2 (2706,23-504,704) = 945,0092 kJ/kg 

u2 = uf + x (ug-uf)

= 504,492 + 0,2 (2529,09-504,492) = 909,4116 kJ/kg

THERMODINAMIKA

Page 71



s2 = sf + x (sg-sf)

= 1,53017 + 0,2 (7,12689-1,53017) = 2,649514 kJ/kgK (Sumber: Soal Tugas Asisten) 15. Bagaimana cara kerja mesin presto? Panci presto melindungi sistem kerjanya dari kebocoran massa massa menuju ke lingkungan di luar presto. Air pada panci presto yang mendidih akan menguap, tetapi uap tersebut tidak mampu keluar dari panci. Hal ni mengakibatkan terjadinya penumpukan tekanan di dalam presto. Tekanan yang tinggi akan meningkatkan titik didih air sehingga air akan mendidih pada suhu diatas 100° C. Kombinasi dari tekana dan temperatur yang tinggi dapat melunakkan daing dengan lebih cepat. Untuk menjaga agar tekanan uap diatas permukaan tidak melebihi nilai tekana yang membahayakan, panci dilengkapi dengan alat pengatur tekanan yang dinamakan katup pengaman. Katup ini mengandung pemberat yang diam diatas sebuah lubang dalam tutp panci. Ketika tekanan uap mencapai nilai tertentu, tekanan uap mengangkat pemberat sehingga sejumlah uap dapat lolos keluar.

THERMODINAMIKA

Page 72

HUKUM II THERMODINAMIKA THERMODINAMIKA

1.

Mesin Heatpump dipakai untuk memanaskan memanaskan ruangan pada musim dingin.Ruang d ingin.Ruangan an harus dipertahankan dipert ahankan pada suhu 21° C karena di luar sangat dingin dengan suhu mencapai -5° C,maka ruangan kehilangan panas sebanyak 135000 kJ/jam.Tentukan daya minimum yang diperlukan untuk mengoperasikan Heat pump tersebut? Th 21°C,294K

HP

Win

Tl

-5°C,268K

Penyelesaian :

Qloss = 135000 kJ/jam ÷ 3600 = 37,5 kJ/s =37,5 kW COP = Output/Input Output/ Input = QH/Win QH/QH-QL

COP =

1

=

1

=

1

1- QL

1 - TL

QH

TH

= 11,31

1-268 294 Jadi, COP

HP = QH/Win = 37,5/11,31 = 3,32 kW

(Sumber: Soal Asistensi)

THERMODINAMIKA

Page 73

2.

TH=1000 K

Tentukan : a). Arah ? b).Mungkinkah sistem ini berjalan ?

Qin = 800 kJ

HE

Wout = 600 kJ

Qout = 400 kJ

TL = 400 K

Penyelesaian :

a) Pada Heat Engine,sistem berjalan dari suhu yang tinggi ke suhu yang rendah.

b).Ƞth b).Ƞt h = h ͞Q Ƞth,rev =

W

͟6 ͟0 ͟0 ͟ 800

W

=

h ͞Q

QH-QL

H ͞Q

75 % = 0,75 =

= 1 - QL = 1- TL

h ͞Q

=

͞T h

1 -͟4͟00 = 0,6 = 60 % 600

Karena Ƞth > Ƞth,rev,maka Heat Engine tidak bisa berjalan

(Sumber: Asistensi) THERMODINAMIKA

Page 74

3.

Pak Bowo (mantan asisten Termodinamika) memiliki villa moder modern n di daerah puncak gunung Bromo. Untuk memanaskan ruangan pada malam hari Beliau menggunakan heat-pump. Pada suatu malam hari yang sangat dingin temperatur udara luar mencapao o

o

5 C dan di dalam ruangan dipertahankan 23 C. Pada kondisi ini kalor yang harus disuplai oleh heat-pump ke dalam ruangan sebesari 130.000 Kjoule/hour. a. Berapa rupiah Pak Bowo harus membayar biaya pemakaian listrik untuk menghidupkan heat-pump mulai jam 18.00 sampai 06.00, bila tarip listrik Rp.1.000, /KwattHour. b. Pembantu P. Bowo mengusulkan untuk menggunakan pemanas listrik secara langsung tetapi Beliau tidak setuju karena biaya listr iknya lebih mahal. Berapa rupiah Beliau harus bayar listrik seandainya usulan pembantuknya disetujui. c. Mengapa dengan pemanas listrik lebih mahal? Jelaskan. Jawab. a. TL = 5o C = 278 K o

TH = 23 C = 296 K QL = 130.000 Kjoule/hour =

=

=

=

=

Win =

= 36,11 KWatt.

= 16,44%

=

= 2,196 Kwatt

Biaya = 2,196 x 12 x Rp 1.000 = Rp 26.352,-

b. Biaya =

x 12 x Rp 1.000

= Rp 433.333,33 THERMODINAMIKA

Page 75

c. Pemanas listrik lebih mahal karena pemanas listrik mengkonversi semua energi listrik menjadi kalor, sedangkan heat pump hanya memindahkan kalor dari luar ruangan ke dalam ruangan.


4. A. Proses Reversibel merupakan proses ideal, ideal, kondisi ini ini diciptakan agar analisis suatu persoalan termodinamika bisa diselesaikan dengan lebih mudah. Pada kenyataannya proses berjalan secara irreversible, jelaskan empat hal yang berkontribusi terhadap irreversibility tersebut.

Jawab : Friction, Ekspansi /Kompresi non-Quasi Equilibrum, Heat Transfer(karena Transfer(karena adanya

),

dan Reaksi Kimia

B. Dalam sistem turbin gas, jumlah udara yang dikompresi dan dipakai untuk pembakaran sebanyak 50,5 kg/s, jumlah bahan bakar yang diperlukan sebanyak 0,90 kg/s. Selisih entalpi gas hasil pembakaran pembakaran masuk dan luar turbin sebesar 560 560 kJ/kg. Berapa MW daya netto yang dihasilkan oleh turbin bila 4,5 % nya dipakai untuk mengkompresi udara dan efisiensi turbinnya 87%. Fuel

THERMODINAMIKA

Page 76

Jawab : Jumlah total udara+bahan bakar = 50kg/s + 0,90kg/s = 51,4 kg/s Daya Total

= 51,4 . 560 = 28,784 kW

= 87% . 28,784 – 4,5% . 87% . 28,784

Daya netto

= 23,9151864 kW


40. Sebuah mesin heat pump dipakai untuk memanaskan ruangan pada musim dingin,

ruangan harus dipertahankan pada suhu 21˚C karena di luar suhu dingin -5˚C. Maka ruangan kehilangan panas sebanyak 135.000 KJ/jam. Tentukan daya minimal yang diperllukan untuk mengoperasikan heat pump?

294 K

Q H

Heat Pump

Wnet,in

Q L

268 K



Q H= 135.000 KJ/jam =

= 37,5 KJ/s = 37,5 watt

THERMODINAMIKA

Page 77



η=

=

=

= 11,31



W=

=



Jadi, daya minimal yang diperlukan untuk mengoperasikan heat pump sebesarr 3,32

= 3,32 KW

KW

(Sumber: Soal Asistensi)

6. TH=1000 K

QH= 800 K

HE Wnet,out = 600 KJ QL= 400 K

TH= 400 K Dari diagram di atas, mungkinkah sistem dapat berjalan?

Jawab : η th = ηth,rev =

= 0,75 = 75 %

=

=

=

= -

=

= 60 %

bekerja Karena ηth > ηth,rev, maka sistem tidak mungkin dapat bekerja (Sumber: Soal Asistensi)

THERMODINAMIKA

Page 78

7.

TH= 450 K

QH= 300 K

Refrigerator

Wnet,in = 100 KJ QL= 200 K

TH= 250 K

Dari diagram di atas, mungkinkah sistem dapat berjalan? Jawab:

refrigerator =

=

ηrev,refrigerator =

=

=

=

2

= 1,25

Karena ηth > ηth,rev, maka sistem tidak mungkin dapat bekerja (Sumber: Soal Asistensi)

THERMODINAMIKA

Page 79

SISTEM PENGKONDISIAN UDARA 1.

Sebutkan parameter yand diatur dalam kelembapan udara (minimal 4) a. Temperature

c. sirkulasi

b. Kelembapan

d. kebisingan

c. Kebersihan (kualitas) (Sumber: Soal Quiz)

2.

Apa yang dimaksud kelembapan absolute? Perbandingan masa uap air di udara dengan masa udara kering mv

ω= ma (Sumber: Soal Quiz)

3.

Apa yang dimaksud kelembapan relatif ? Perbandingan masa uap air di udara dengan masa uap air maksimum yang dapat di kandug udara pada temperatur dan tekanan yang sama mv

RH = Φ = mg (Sumber: Soal Quiz)

4.

Apa yang dimaksud dengan dew point? Suatu temperature tertentu di mana akan terjadi proses kondensasi uap air di udara jika udara di dinginkan pada tekanan konstan. (Sumber: Soal Quiz)

5.

Variable-variable apa saja yang dapat dicari dalam psycometric chart ? a. Kelembapan relative relat ive

e. Dew point

THERMODINAMIKA

Page 80

b. Kelembapan absolute

f. Entalpi

c. Temperature bola kering

g. Volume spesifik

d. Temperature bola basah (Sumber: Soal Quiz) 6.

Buatlah garis pada psychometric chart untuk pemanasan sensible, pendinginan sensible dan tekanan konstan!

3 1



2 4

1. Sensible cooling pada tekanan konstan 2. Sensible heating pada tekanan konstan 3. Humidification 4. Dehumidification (Sumber: Soal Quiz)

7.

Gambarkan skema sistem pengkondisian udara! Refrigerant cair

kondensor

Refrigerant uap

Katup ekspansi

kompresor

Refrigerant cair

Refrigerant uap evaporator

(Sumber: Soal Quiz) THERMODINAMIKA

Page 81

Siklus Bryton dan Siklus Rankine

SIKLUS BRYTON 1.

Gambar siklus Keterangan :

2.

1-2

: isentropic compressor compressor

2-3

: pembakaran pada tekanan konstan

3-4

: ekspansi isentropik isentro pik

4-1

: heat rejection

Perhitungan kalor dan kerja Win = h2- h1 qin= h3- h2=cp(T3- T2) qout= h3- h4=cp(T3- T4) Wout = h4- h1

3.

Komponen dan cara kerja a. Udara bersih dimampatkan di kompressor untuk memadatkan udara sehingga massa udara yang masuk lebih banyak ke combustion chamber (CC). THERMODINAMIKA

Page 82

b. Terjadi pembakaran pada tekanan konstan di CC c. Hasil pembakaran digunakan untuk menggerakkan turbin d. Setelah melalui turbin, suhu gas turun dan tekanannya lebih rendah. Gas sisa ini dibuang. 4.

Komponen dan cara kerja dengan regenerator Semua cara kerja pada poin 3 termasuk dalam cara kerja dengan regenarator. Perbedaannya adalah gas buangan pada poin d akan digunakan kembali untuk preheating udara sebelum masuk dalam CC. Sehingga hal ini akan mengurangi kerja CC. (Sumber: Soal Quiz)

SISTEM RANKINE

1.

Gambar siklus

Keterangan : 1-2

: pemompaan pemompaan secara isentropis/adiabatis isentropis/adiabatis reversibel

2-3

: pemanasan dan perubahan fase

2-3a

: pemanasan sensibel

3a-3b

: pemanasan laten

3b-3

: pemanasan sensibel

3-4

: ekspansi secara isentropis/adiabatis isentropis/adiabatis reversibel

4-1

: pendinginan dan kondensasi

THERMODINAMIKA

Page 83

2.

Perhitungan kalor dan kerja Wpump, in= h2- h1 qin 2-3a

: q =cp(T3a- T2)

3a-3b

: hfg

3b-3

: q =cp(T3- T3b)

Wturbin, out = h3- h4=v(P3- P4) qout 3.

hfg

Komponen dan cara kerja Pada PLTU Proses : a. Pemompaan

: air dari kondensor dipompa ke boiler

b. Pembakaran

: bahan bakar dibakar untuk memanaskan memanaska n air menjadi uap air

c. Ekspansi/turbin: uap air dalam turbin digunakan untuk menggerakkan turbin, sehingga tekanan turun dan suhu menurun. d. Kondensasi

4.

: uap air didinginkan didinginka n untuk dipompa kembali ke boiler

Cara kerja dengan regenerator Semua proses sama pada poin 3. Perbedaannya adalah regenerator berfungsi sebagai econimizer. Dimana gas hasil pembuangan digunakan kembali untuk memanaskan air sebelum masuk dalam boiler (pre-heating). (Sumber: Soal Quiz)

5.

Sebuah mesin refrigerasi kompresi uap menggunakan menggunakan refrigerant R-12 bekerjaberdasarkan siklus ideal dan sederhana. Diantara tekanan evaporator 3 bar dan kondensor 9 bar. Bila beban pendinginan mesin 10 TR. Tentukan

THERMODINAMIKA

Page 84

a. Gambar

b. Efek refrigerasi = h1-h4 = 350-235 = 115 Kj/s c. Daya kompresor = m Wk =

(h2-h1)

= d. COP = (Sumber: Soal Tugas Asisten)

0

6. Mesin refrigerasi menggunakan R-12 t emperature emperature evaporator – 10 C dan temperature kondensor 300C. Massa refrigerant yang mengalir dalam siklus 0,25 kg/s. Tentukan

THERMODINAMIKA

Page 85

a. Gambar

b. Dari gambar dapat diperoleh; Tekanan evaporasi = 7.5 bar Tekanan kondensor = 2.2 bar c. COP = Re/Wk = (h1-h4)/(h2-h1) = (348-228)/(368-348) ( 348-228)/(368-348) = 6 d. Qe = m . Re = 0,25 x 124 = 31 e. P = m Wk = 0.25 x 20 = 5 Kj/s E= 5 Kw x10 jam = 50 kwh Biaya = 50 kwh x 25 x 800 = Rp 1000.000 Catatan : harga h, bisa di antara antara itu, karena tergantung kecermatan membaca membaca grafik


Sebutkan faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam perhitungan beban pendinginan antara lain: Jawab : -fungsi ruangan (sesuai pemakaian ruang) -temperatur udara luar -bahan, struktur bangunan -sumber2 kalor (eksternal: matahari, angin, dll; internal: lampu, manusia, THERMODINAMIKA

Page 86

panas yg ditimbulkan dinding, dll) (Sumber: Soal Tugas Asisten)

8.

0

Campuran udara – uap, bersuhu bola kering 30 C, Rasio kelembaban 0,015. Hitung pada tekanan (80 + a) kpa. Entalphi udara campuran. Jawab : w = 0.015 T = 300C p = 85 kPa hg pada 85 kPa = 2668.2 kj/kg

h = Cp. T + w. hg = 1.005 x 30 + 0.015 x 2668.2 = 70.173 (Sumber: Soal Tugas Asisten)

9.

Jelaskan faktor – faktor yang menyebabkan AC tidak dingin lagi. Jelaskan ! Jawab : a. Freon habis karena terdapat kebocoran pada cooling coil, condensor atau selang AC. b. Kerusakan evaporator. Kerusakan ini berupa kebocoran akibat kotoran yang

menumpuk sehingga menyababkan korosi. c. Kerusakan termostat yang ditandai dengan keluar asap dari kisi AC serta ada tetesan

air seperti embun yang menetes dari evaporator. Kerusakan ini menyababkan AC tidak dingin lagi. d. Kerusakan dryer dimana tersumbatnya dryer oleh timbunan kotoran yang terbawa

oleh kondensor. Bila dryer rusak maka suku AC menjadi tidak stabil. e. Kebocoran kondensor serta masuknya kotoran dan lumpur dapat merusak kondensor. f. Kebocoran sil, melemahnya kopling magnet dan berkurangnya oli kompresor

merupakan kerusakan dari kompresor. g. Terdapat kerusakan pada sistem kelistrikan AC sehingga tidak berfungsi normal.

(Sumber: Soal Tugas Asisten) THERMODINAMIKA

Page 87

10. Pada proses sensible heating, sebutkan minimal 5 sifat udara yang mempengaruhi. Sertakan juga alatnya. Jawab : Sistem pengkodisian udara itu sendiri (jika terlalu lembab dilembabkan, jika terlalu kering dilembabkan), Hair dryer dengan constraint kelembabannya konstan, Dispenser, pemanas air surya.


THERMODINAMIKA

Page 88

THERMODINAMIKA

Recommend Documents