1. Kegiatan di bawah ini yang
memanfaatkan proses perubahan wujud benda cair menjadi padat yaitu
peristiwa...
a. pemanasan air
b. peleburan logam
c. pembuatan es krim
d. pembuatan es kering dari
korbondioksida
Jawaban : C
Membeku merupakan peristiwa perubahan wujud benda dari cair menjadi
padat. Kegiatan yang memanfaatkan proses perubahan wujud benda dari cair
menjadi padat adalah proses pembuatan es krim.
2. Contoh peristiwa yang
menunjukkan proses penyubliman yaitu...
a. gelas retak ketika diisi
air panas
b. baju di jemuran kering ketika
cuaca panas
c. balon pecah ketika
terpapar panas matahari
d. kampir habis karena berada di
tempat terbuka
Jawaban : D
Menyublim adalah peristiwa perubahan zat padat menjadi gas atau
sebaliknya (gas menjadi padat). Pada contoh di atas yang menunjukkan peristiwa
penyubliman adalah kamper habis karena berada di tempat terbuka.
3. Contoh perubahan wujud benda
yang berupa mengembun yaitu pada peristiwa...
a. es di dalam gelas
b. mentega dipanaskan
c. kamper dibiarkan dalam
lemari
d. terbentuknya butiran air pada
tutup gelas
Jawaban : D
Mengembun adalah proses perubahan wujud zat dari gas menjadi
cair. Contoh perubahan wujud benda yang berupa mengembun yaitu pada
peristiwa terbentuknya butiran air pada tutup gelas.
4. Proses menyebarnya bau harum
dari minyak wangi yang diletakan di kamar merupakan contoh pemanfaatan
perubahan wujud benda dari...
a. padat menjadi cair
b. padat menjadi gas
c. cair menjadi gas
d. cair menjadi padat
Jawaban : C
Menyebarnya bau harum dari minyak wangi yang diletakan di kamar
merupakan contoh pemanfaatan perubahan wujud benda dari cair menjadi gas
(menguap).
5. Contoh pemanfaatan perubahan
wujud benda dari padat menjadi cair terdapat pada...
a. mentega dipanaskan di
penggorengan
b. air dimasukkan ke dalam freezer
c. kamper diletakkan di
dalam lemari
d. air dipanaskan terus menerus
Jawaban : A
Pemanfaatan perubahan wujud benda dari padat menjadi cair (mencair)
terdapat pada peristiwa mentega dipanaskan di penggorengan.
6. Lahar panas yang mengalir dari
letusan gunung berapi akan menjadi batu dan pasir jika telah dingin. Peristiwa
ini merupakan contoh...
a. peleburan
b. pembekuan
c. penyubliman
d. pengembunan
Jawaban : B
Lahar panas yang mengalir dari letusan gunung berapi akan menjadi
batu dan pasir jika telah dingin, peristiwa tersebut merupakan contoh peristiwa
pembekuan (perubahan wujud dari cair menjadi padat).
7. Peleburan perak merupakan salah
satu contoh pemanfaatan perubahan wujud benda dari....
a. cair menjadi gas
b. cair menjadi padat
c. padat menjadi cair
d. padat menjadi gas
Jawaban : C
Pada proses peleburan perak terjadi perubahan wujud dari zat padat
menjadi cair.
8. Saat hujan deras Nani berada di
dalam mobil. Meskpun kaca depan bagian luar selalu dibersihkan dari air,
kaca bagian dalam tetap basah. Peristiwa tersebut menunjukkan...
a. pencairan
b. penguapan
c. pembekuan
d. pengembunan
Jawaban : D
Pada peristiwa di atas terjadi proses perubahan wujud benda dari gas
(uap air) menjadi titik-titik air, proses tersebut dinamakan proses
pengembunan.
9. Perubahan wujud zat dari cair
menjadi padat dalam kehidupan sehari-hari terdapat pada peristiwa...
a. pembuatan genting
b. pengisian bahan bakar gas LPG
c. pembakaran kayu untuk
kayu bakar
d. membekunya minyak kelapa pada
saat udara dingin
Jawaban : D
Perubahan wujud zat dari cair menjadi padat (membeku) dalam kehidupan
sehari-hari ditunjukkan oleh peristiwa membekunya minyak kelapa pada saat
udara dingin.
10. Minyak asiri diperoleh dengan melalui proses
penyulingan dengan mendinginkan uapnya. Proses pembuatan minyak atsiri
memanfaatkan perubahan wujud....
a. gas menjadi cair
b. cair menjadi padat
c. padat menjadi gas
d. gas menjadi padat
Jawaban : A
Proses pembuatan minyak atsiri (penyulingan) merupakan contoh
perubahan wujud zat dari gas menjadi cair (pengembunan).
11. Di bawah ini termasuk perubahan fisika, kecuali ….
a. Penguapan
b. Pengembunan
c. Pembekuan
d. Pembakaran
Jawaban : D
Perbahan wujud zat dalam fisika ada 6, yaitu Penguapan, Pengembunan, Pembekuan,
Pencairan, Penyubliman, Pemadatan.
12. Perhatikan bagan perubahan wujud zat berikut!
Perubahan wujud yang ditunjukkan nomor 2, 4, dan 6 berturut-turut
dinamakan …
a. mencair, menguap,
menyublim
b. menguap, menyublim, membeku
c. menyublim, mengembun,
membeku
d. mengembun, menyublim, mencair
Jawaban : D
Gambar nomor 2, perubahan wujud gas menjadi cair yaitu mengembun.
Gambar nomor 4, perubahan wujud padat menjadi gas yaitu menyublim.
Gambar nomor 6, perubahan wujud padat menjadi cair yaitu mencair.
13. Sebongkah es dimasukkan ke dalam suatu wadah, kemudian
dipanasi. Perubahan wujud yang mungkin terjadi secara berurutan adalah .…
a. zat cair menjadi zat
padat
b. zat cair menjadi gas
c. zat padat menjadi zat
cair
d. zat padat menjadi gas
Jawaban : C
Sebongkah es yang dipanaskan akan mencair (zat padat menjadi zat
cair).
14. Grafik di bawah ini menyatakan hubungan antara suhu T
dengan kalor Q yang diberikan pada 1 gram zat padat. Besar kalor uap zat padat
tersebut adalah ...
a. 60 kalori/gram
b. 70 kalori/gram
c. 80 kalori/gram
d. 90 kalori/gram
e. 100 kalori/gram
Jawaban : C
Dik : Q = 140 kalori – 60 kalori = 80 kalori
m
= 1 gram
Dit : kalor uap zat padat (Ly) ?
Jawab :
Q = m Ly
Ly =
Ly =
Ly = 80 kalori/gram
15. Di bawah ini adalah grafik kalor terhadap suhu dari 1
kg uap pada tekanan normal. Kalor didih air 2256 x 103 J/kg dan kalor
jenis air 4,2 x 103 J/kg K, maka kalor yang dilepas pada perubahan dari
uap menjadi air adalah ...
a. 4,50 x 103 Joule
b. 5,20 x 103 Joule
c. 2,00 x 106 Joule
d. 2,26 x 106 Joule
e. 4,40 x 106 Joule
Jawaban : D
Dik : Ly = 2256 x 103 J/kg
c
= 4200 J/kg K
m
= 1 kg
Dit : kalor yang dilepas (Q) ?
Jawab :
Q = m Ly
Q = 1 kg . 2256 x 103 J/kg
Q = 2,256 x 106 J
16. Banyaknya kalor yang diserap untuk menaikkan suhu air
bermassa 2 kg dari -20C sampai 100C adalah ... kalor jenis air 4200 J/kg 0C,
kalor jenis es 2100 J/kg 0C, kalor lebur air (LF) = 334000 J/kg.
a. 760400 J
b. 750000 J
c. 668000 J
d. 600000 J
e. 540000 J
Jawaban : A
Dik : mair = 2 kg
Tawal =
-2 0C
Takhir =
10 0C
ces =
2100 J/kg 0C
cair =
4200 J/kg 0C
LF =
334000 J/kg
Dit : kalor yang diserap (Q) ?
Jawab :
Q1 = m.ces.ΔT = (2 kg)(2100 J/kg 0C)(0 0C – (-2 0C))
= 8400 J
Q2 = m.LF = (2 kg)(334000 J/kg) = 668000 J
Q3 = m.cair.ΔT = (2 kg)(4200 J/kg 0C)(10 0C – 0 0C)
= 84000 J
Q = Q1 + Q2 + Q3 = 8400 J + 668000 J + 84000 J
Q = 760400 J
17. Pemanfaatan perubahan wujud benda yang tepat terdapat
pada ….
Jawaban
: D
Pemanfaatan perubahan wujud benda:
ü penyemprotan minyak wangi sehingga membasahi pakaian dan
menyebar bau harum: merupakan perubahan wujud cair menjadi gas àmenguap
ü kapur barus diletakkan dalam lemari pakaian akan habis
karena bereaksi dengan udara: merupakan perubahan dari padat menjadi gas
àmenyublim
ü pembersihan butiran es yang menempel pada dinding
freezer dalam lemari es dengan menaikkan suhu: perubahan wujud padat menjadi
cair akibat pemanasan à mencair
ü pemisahan biji timah dari batuan dengan suhu tinggi
sehingga timah meleleh: perubahan dari padat menjadi leleh (cair)
mencair/meleleh
18. Perhatikan tabel!
Contoh perubahan wujud yang benar adalah ….
Jawaban
: B
a. I – M, II – O, dan III –
L
b. I – M, II – K, dan IV – N
c. III – K, I – L, dan V – O
d. V – L, III – M, dan IV – N
Perubahan wujud benda sebagai berikut:
I. Membeku:
cair menjadi padatàmisalnya:air (cair) dimasukkan ke dalam lemari es akan
membeku (padat) (M)
II. Mencair:
padat menjadi cair àmisalnya:mentega (padat) yang dipanaskan akan menjadi cair
(K)
III. Menguap:
cair menjadi gas àmisalnya:bensin (cair) dibiarkan di ruang terbuka akan
menguap (gas) (O)
IV. Mengembun:
gas menjadi cairàmisalnya:terbentuk titik air di daun ketika pagi hari (N)
V. Menyublim:
padat menjadi gas àmisalnya: kapur barus (padat) diletakkan di ruangterbuka (L)
19. Sepotong es massanya 10 kg dan suhunya 0 0C (pada
titik leburnya), kepada es itu diberikan kalor 800 K kal. Bila kalor lebur es
80 K kal kg-1. Bagaimana keadaan es itu setelah menerima kalor ?
a. Seluruhnya melebur
menjadi air dan suhunya lebih dari 0 0C.
b. Sebagian melebur menjadi air
dan sebagian tetap berupa es, suhu air dan es itu 0 0C.
c. Sebagian melebur menjadi
air dan suhu lebih besar dari 0 0C dan sebagian tetap berupa es dengan
suhu 0 0C.
d. Suhu es akan turun menjadi
lebih kecil dari 0 0C.
e. Seluruh es akan menjadi
air dengan sushu tetap 0 0C.
Jawaban : E
Kalor yang diperlukan untuk meleburkan es
Q = m L = 10.80 = 80 K kal
Karena kalor yang diberikan = kalor yang diperlukan untuk meleburkan
es, maka seluruh es melebur menjadi air 0 0C.
20. Suatu zat padat diberi sejumlah kalor, kemungkinan
yang dapat terjadi adalah:
1. Suhu zat naik
2. Suhu zat tetap
3. Zat mencair
4. Zat menjadi gas
Pernyataan yang benar adalah ...
a. 1,2 dan 3
b. 2 dan 4
c. 1 dan 3
d. 4 saja
e. 2,3 dan 4
Jawaban : C
Suatu zat padat diberi sejumlah kalor yang akan terjadi adalah suhu
zat naik dan zat mencair.
21. Sebuah siklus standar udara Otto mempunyai temperatur
maksimum 2200 K dan rasio kompressi 8. Kondisi pada awal proses kompressi
adalah 1 bar, 290 K dan 400 cm3. Hitunglah:
a. Massa udara di dalam
sistem, [kg]
b. Temperatur pada akhir langkah
kompressi, [K]
c. Kalor yang dimasukkan ke
sistem, [kJ]
d. Temperatur pada akhir langkah
ekspansi, [K]
e. Kalor yang dibuang dari
sistem, [kJ]
f. Efisiensi thermal siklus
Penyelesaian
Data yang diketahui :
r =
T3 = 2200 K
P1 = 100
kPa T1 = 290
K V1 = 400 cm3
a. Massa udara di dalam
sistem tetap. Dengan persamaan gas ideal diperoleh :
m =
m = = 4,806 X 10-4 kg
b. Temperatur pada akhir langkah
kompressi (T2) diperoleh dengan melihat bahwa proses 1− 2 adalah kompressi
isentropik.
T2 = 666,245 K
c. Kalor yang dimasukkan ke
dalam sistem Qin = m.cv .(T3 – T2)
= 4,806 x 10-4 kg x 0,7165kJ/(kg.K) (2200 – 666,245) K
= 0,5281 kJ
d. Temperatur pada akhir langkah
ekspansi (T4) diperoleh dengan melihat bahwa proses 3-4 adalah ekspansi
isentropik.
T4 = 957,606 K
e. Kalor yang dibuang dari
sistem
Qout = mcv (T4 – T1)
= 4,806 x 10-4 kg x 0,7165 kJ/(kg.K) (957,606 – 290) K
= 0,2299 kJ
f. Efisiensi thermal siklus
:
Ƞ
=
=
=
56,47 %
22. Sebuah siklus Otto ideal mempunyai rasio kompresi 8.
Kondisi udara pada awal proses kompresi adalah 95 kPa dan 27oC; kalor sebesar
750 kJ/kg dipindahkan selama proses pemasukan pada volume konstan. Dengan
memperhitungkan variasi kalor spesifik sebagai fungsi waktu, hitunglah:
a. Temperature dan
tekanan pada akhir proses pemasukan
The net work output
Efisiensi thermal siklus
Mean effective pressure
Bila temperatur sumber 2000 K dan temperture sink 300 K hitung total
irreversibilitas proses, dan availability pada akhir langkah tenaga
Penyelesaian
Diketahui
Fluida : udara dengan Cp dan Cv bervariasi terhadap temperatur.
Meski Cp dan Cv bervariasi tetapi R = Cp – Cv nilainya konstan.
Untuk
r =
P1 = 95 kPa
T1 = 300 K
Tsink = 300 K
Tsource = 2000 K
Qin = 750 kJ/kg
a. Volume spesifik pada
titik 1 adalah :
V1 =
= = 0,9063 m3/kg
Volume spesifik titik 2 :
= 8
V2 = 0,1133 m3/kg
Dari tabel berdasarkan harga T1 = 27oC = 300K: u1 = 214,07
kJ/kg vr1 = 621,2
Untuk proses 1-2:
vr2 = 77,65
Berdasarkan harga vr2 = 77,65 dari tabel diperoleh: T2 =
673,09 K u2 = 491,22 kJ/kg Tekanan pada akhir langkah kompressi:
P2 = 1705,00 kPa
Jumlah kalor yang disuplai ke sistem: qin = u3 – u2
u3 = qin + u2
= (750 + 491,22) kJ/kg = 1241,22 kJ/kg
Berdasarkan u3 = 1241,22 kJ/kg dari tabel diperoleh:
T3 = 1538,70 K vr3=
6,588
Tekanan pada akhir proses pemasukan kalor (P3)
P3 = 3897,68 kPa
b. Proses 3-4 → ekspansi isentropik
vr4 = 52,704
Berdasarkan harga vr4 = 52,704dari tabel diperoleh: T4 =
774,54 K u4 = 571,72 kJ/kg
Besarnya kalor yang dibuang dari sistem: qout = u4 – u1
= (571,72 – 214,07) kJ/kg
= 357,65 kJ/kg
→ Kata in dan out telah menyatakan arah dari suatu
proses. Jadi kalor yang keluar dari sistem yang harusnya bernilai negative
tetapi karena sudah ada kata out berarti kalor keluar dari sistem.
Akan tetapi:
qout = – q4−1
Sebab q4−1 = u1 – u4 = – 357,65 kJ/kg
Kerja bersih siklus:
wnet = qin – qout
= (750 – 357,65) kJ/kg
= 392,35 kJ/kg
c. Efisiensi thermal siklus:
Ƞ
=
=
=
52,31 %
d. Mean effective pressure:
Mep =
Mep = = 494,77 kPa
e. Φ4 = (u4 – u0)
– T0 (s4 – s0) + P0 (V4 – V0)
Φ4 = 357,65 kJ/kg – 300K [0,70799 kJ/(kg.K)] + 0
Φ4 = 145,253 kJ/kg
23. Siklus otto udara standart memiliki perbandingan
kompresi 8. Pada awal kompresi temperaturnya ialah 300 K dan tekanan 100 kPa.
Jika tempetaur maksimum siklus ini adalah 1200 K, maka tentukan :
a. kalor yang dipasok per kg
udara
b. kerja netto yang dilakukan per
kg udara
Penyelesaian :
Temperatur pada tingkat 2 dan 4 ditentukan dari hubungan proses
isentropic dengan perbandingan kalor spesifik = 1.4.
atau T2 = (300 K) (8)0.4 = 689,2 K
dan
atau T4 = (1200 K) (1/8)0.4 = 522,3 K
a. Untuk temperature
rata-rata (1200 + 689,2)/2 = 944,6, nilai spesifik pada volume konstan cv =
0.754 kJ/kg k. Kalor yang dipasok per kg udara (sepanjang proses 2-3) sama
dengan perubahan energi dalam sehingga :
b. Kerja yang dilakukan per kg udara
dilakukan oleh :
W net = - q 4-1 – q 2-3
Selama proses pembuangan kalor, cv = 0,7165 kJ/kg K, sehingga :
q 4-1 = cv (T1 – T4) = (0,7165 kJ/kg K) [ (300 –
522,3) K ] = - 159,3 kJ/kg
Oleh sebab itu :
W net = 159,3 – 385,1 = - 25,8 kJ/kg
24. Sebuah siklus diesel ideal dengan udara sebagai fluida
kerja mempunyai perbandingan kompresi 18 dan cutoff ratio rc = 2. Pada
awal proses kompresi tekanan dan temperatur 1 bar dan 27 oC serta volume
awal V1= 1,9 liter. Jika harga k = 1,4 dan cp = 1005 J/kg K, hitunglah:
a. Temperatur dan tekanan
pada setiap siklus
b. Kerja bersih
c. Efisiensi termal
d. Tekanan efektip rata-rata
Penyelesaian :
a. Temperatur dan tekanan
pada setiap siklus
Pada titik 1:
Temperatur , T1 = 300 K
Tekanan, p1 = 1 bar =100 kPa
Pada titik 2:
Temperatur, T2 = T1
T2 = 300
T2 = 953,3 K
Tekanan, p2 = p1
p2 = 100 kPa
p2 = 5719,8 kPa
Pada ttitk 3:
Temperatur , T3
Tekanan, p3 = p2 = 5719,8 kPa
Pada titik 4:
Temperartur, T4
T4 = T3
cutoff ratio rc = 2
V3/V2 = 2
V3 = 2 x V2 = 2 x 0,106 = 0,212
T4 = 1906,6
T4 = 793,03 K
Tekanan, p4
P4 = p3
P4 =5719,8 kPa
P4 = 265, 46 kPa
b. Kerja net
wnet = Qin - Qout
Qin = m cp (T3 – T2)
Qin = 0,002 kg x 1005 J/kg K (1906,6 – 953,3)
Qin = 1916,13 J
Qout = m cv (T4 – T1)
Qout = 0,002 kg x 718 kJ/kg K (793,03 – 300) K = 707,99 J
Maka: Wnet = 1916,13 – 707,99 = 1208,14 J
c. Efisiensi termal
Atau :
d. Tekanan efektip rata-rata, MEP
25. Terletak dimanakah perbedaan mesin diesel dan mesin
otto?
a. pembuangan
b. Permukaan
c. Pendinginan
d. Permulaan Pembakaran
Jawaban : D
Pembahasan :
Perbedaan mesin diesel dengan mesin otto terletak pada permulaan
pembakarannya. Pada motor bensin, campuran udara-bensin dikompresi dibawah
temperatur pembakaran bahan bakar dan proses pembakarannya dimulai dari
percikan bunga api pada busi. Sedangkan pada mesin diesel, udara murni diisap
dan dikompresi diatas temperatur pembakaran bahan bakar. Jadi, pada mesin
diesel tidak terdapat karburator dan busi tetapi diganti oleh injektor bahan
bakar.
26. Pada mesin diesel apakah yang dikompresi?
a. Udara
b. Air
c. Solar
d. Bensin
Jawaban : A
Pembahasan :
Pada mesin diesel, yang dikompresi adalah udaranya saja sehingga
mesin diesel dapat didesain pada perbandingan kompresi yang tinggi, antara 12
sampai 24.
27. Apakah prinsip kerja motor diesel?
a. Merubah energi kimia
menjadi energi potensial
b. Merubah energi mekanis menjadi
energi kimia
c. Merubah energi kimia
menjadi energi mekanis
d. Merubah energi Gerak menjadi
energi listrik
Jawaban: C
Pembahasan :
Prinsip kerja motor diesel adalah merubah energi kimia menjadi energi
mekanis. Energi kimia di dapatkan melalui proses reaksi kimia (pembakaran)
dari bahan bakar (solar) dan oksidiser (udara) di dalam silinder
(ruang bakar). Penggunaannya dan dalam satu silinder dapat terdiri dari satu
atau dua torak. Pada umumnya dalam satu silinder motor diesel hanya memiliki
satu torak.Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakar dan udara akan mendorong
torak yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga
torak dapat bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik
torak akan diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crank shaft).
Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik
torak pada langkah kompresi.
28. Apakah yang menyebabkan torak dapat
bergerak bolak-balik (reciprocating)?
Pembahasan :
Pada umumnya dalam satu silinder motor diesel hanya memiliki satu
torak.Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakar dan udara akan mendorong torak
yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak
dapat bergerak bolak-balik (reciprocating).
29. Terjadi proses apakah pada no 3-4 ?
a. Awal Pembilasan
b. Langkah kerja V bertambah, P
turun (adiabatic)
c. Pembakaran, P naik, V = c
(isokhorik)
d. Akhir Pembilasan
Jawaban : B
Pembahasan :
Keterangan:
1-2 = Langkah kompresi tekanan bertambah, Q = c (adiabatic)
2-3 = Pembakaran, P naik, V = c (isokhorik)
3-4 = Langkah kerja V bertambah, P turun (adiabatic)
4-5 = Awal Pembuangan
5-6 = Awal Pembilasan
6-7 = Akhir Pembilasan
30. Terjadi proses apakah pada no 4-1?
a. Langkah isap pada P = c
(isobarik)
b. Pengeluaran kalor sisa pada V =
c (isokhorik)
c. Langkah buang pada P = c
d. Langkah kompresi , P bertambah,
Q = c (adiabatik)
Jawaban : B
Pembahasan :
Keterangan:
0-1 = Langkah isap pada P = c (isobarik)
1-2 = Langkah kompresi , P bertambah, Q = c (adiabatik)
2-3 = Pembakaran, P naik, V = c (isokhorik)
3-4 = Langkah kerja P bertambah, V = c (adiabatik)
4-1 = Pengeluaran kalor sisa pada V = c (isokhorik)
1-0 = Langkah buang pada P = c
31. Komponen yang manakah yang berfungsi untuk
mendinginkan udara yang akan masuk ruang bakar?
a. Intercooler
b. Supercharger
c. Turbocharger
d. Crankshaft
Jawaban : A
Pembahasan :
Intercooler untuk mendinginkan udara yang akan masuk ruang bakar.
Udara yang panas volumenya akan mengembang begitu juga sebaliknya, maka dengan
didinginkan bertujuan supaya udara yang menempati ruang bakar bisa lebih
banyak.
32. Apakah fungsi dari komponen Turbocharger?
a. Mendinginkan udara yang
akan masuk ruang bakar
b. Memperbanyak volume udara yang
masuk ruang bakar
c. Memompa bahan bakar
d. Membuang uap
Jawaban : B
Pembahasan :
Turbocharger atau supercharger untuk memperbanyak volume udara yang
masuk ruang bakar karena udara yang masuk ruang bakar didorong oleh turbin pada
turbo/supercharger.
33. Siapakah yang pertama kali menyatakan tentang siklus
diesel?
a. Rudolph Diesel
b. Richard Diesel
c. David Diesel
d. George Diesel
Jawaban: A
Pembahasan :
Siklus Diesel adalah siklus ideal untuk mesin torak
pengapian-kompresi yang pertama kali dinyatakan oleh Rudolph Diesel tahun 1890.
34. Yang mana dibawah ini yang bukan aplikasi mesin
diesel?
a. mesin kereta api
b. unit pembangkit daya
c. truk/trailer
d. mesin pendingin
Jawaban : D
Pembahasan :
Mesin Diesel dipilih untuk aplikasi kendaraan berat (mesin yang
membutuhkan daya yang besar) seperti mesin kereta api (locomotive), unit
pembangkit daya (generator-set), kapal laut pengangkut, truk/trailer berat
35. Proses apakah “Piston dari Titik Mati Bawah (TMB)
silinder terisi udara dan kedua katup masuk dan keluar tertutup, udara terjebak
dan dikompresi di dalam silinder” pada mesin diesel dua langkah?
a. Adiabatis
b. Ekspansi
c. Kompresi
d. Injeksi
Jawaban : C
Pembahasan :
Langkah pada mesin diesel dua langkah:
1. Kompresi
Piston dari Titik Mati Bawah (TMB) silinder terisi udara dan kedua
katup masuk dan keluar tertutup, udara terjebak dan dikompresi di dalam
silinder.
2. Injeksi.
Pada akhir langkah kompresi, bahan bakar diinjeksikan dan pembakaran
terjadi.
3. Ekspansi.
Gas hasil pembakaran mengakibatkan ekspansi dan piston bergerak
mundur, kira-kira pada akhir langkah katup keluar terbuka, dan gas buang
keluar.
36. Mengapa pada siklus diesel tidak perlu menggunakan
busi?
a. Suhu meningkat dan
tekanan udara rendah
b. Suhu rendah dan tekanan udara
meningkat
c. Suhu dan tekanan udara
sudah sangat rendah
d. Suhu dan tekanan udara sudah
sangat tinggi
Jawaban : D
Pembahasan :
Penekanan secara adiabatik menyebabkan suhu dan tekanan udara
meningkat. Selanjutnya injector alias penyuntik menyemprotkan solar. Karena
suhu dan tekanan udara sudah sangat tinggi maka ketika solar disemprotkan ke
dalam silinder, solar langsung terbakar,sehingga tidak perlu menggunakan busi.
37. Apa yang anda ketahui tentang siklus ericson ?
Jawab
Siklus ini ditemukan oleh Ericsson, yang terdiri dari dua proses
isotermal dan dua proses tekanan konstan. Diagram p-v dan T-s ditunjukkan oleh
Gambar 6. Saat ini siklus Ericsson banyak digunakan dalam pembuatan turbin gas
jenis siklus tertutup.
38. Bahan bakar yang berbentuk gas yang biasanya digunakan
untuk turbin gas adalah gas dapur tinggi, gas bumi dan gas yang diperoleh dari
instalasi penguapan gas arang untuk industri. Gas dapur tinggi adalah barang
sisa-sisa dan harganya murah, tetapi nilai kalornya rendah. Gas bumi adalah
bahan bakar yang ideal untuk turbin gas yang mengandung Methan (CH4) dengan
kadar 65 % sampai 92 %.
a) Barapakan temperatur akhir t2 suatu proses kompresi presi
tanpa kerugian (isentrop)dari 1 bar, 20°C menjadi 8 bar.
Jawab: t2 = 240oC.
b) Berapakah jumlah kalori yang harus diberikan, bila akan memanaskan
udara kompresi dart 8 bar, 240oC menjadi 8 bar, 750°C.
Jawab:
Dari kondisi awal h2 = 235 KJ/Kg, pada 8 bar, 240°C pergi
mengikuti garis p = 8 bar, sampai memotong garis datar t3 = 750°C. Maka
dari sini didapat h3 = 835 KJ/Kg.
Dengan demikian panas yang harus diberikan adalah h3 - h2 =
835 - 235 = 600 KJ/Kg.
c) Berapakah selisih entalpi (panas jatuh) yang bekerja didalam
turbin gas,bila keadaan sebelum turbin 8 bar, 750oc dan berekspansi isentrop
sampai 1 bar.
Jawab:
sebelum turbin h3 = 835 KJ/KG
sesudah turbin h4 = 362 KJ/Kg
h3 – h4 = 473 KJ/
d) Berapakan tingkat dari suatu turbin gas yang be kerja dengan
panas jatuh rata-rata hst = 120 KJ / Kg.
Jawab: z = (h3 - h4) / hst = 473120 =3,94 jadi dibuat 4 tingkat.
e) Bagaimanakah keadaan gas bekas di sisi sebelah ke luar turbin,
bila randemen dalam turbin adalah = 0,87.
Jawab:
Hi = ht . i = 473.0,87 = 410 KJ/Kg. Hal ini digambarkan pada diagram
h - s , dengan 1 bar, 395oC , jadi h gas bekar = 425 KJ/Kg.
39. Uap air berada pada silinder dengan kondisi awal
3.0 MPa dan 300 oC (status 1). Air tersebut didinginkan pada volume tetap
hingga mencapai suhu 200 oC (status 2). Selanjutnya dikempa pada kondisi isotermal
hingga tekanan mencapai 2.5 Mpa (status 3).
(a) Gambarkan proses tersebut pada diagram T-v dan diagram p-v.
(b) Tentukan volume jenis pada status 1,2,3, dan mutu uap pada status
2.
Jawab :
(a) Dengan menggunakan tabel uap diketahui bahwa Suhu T1 (300 oC)
lebih besar dari suhu jenuh pada tekanan p1 (3.0 MPa) yaitu 233.9 oC, sehingga
status 1 berada pada wilayah super panas. Pendinginan pada kondisi volume jenis
tetap mengikuti proses yang tegak lurus dengan sumbu datar “v” diteruskan
hingga mencapai garis suhu 200 oC untuk mendapatkan status 2. Pengempaan
isotermal mengikuti proses di sepanjang garis suhu 200 oC. Pada wilayah dua
fase (cair-uap) garis suhu berimpit dengan garis tekanan hingga mencapai garis
jenuh cair. Kemudian dilanjutkan pada garis suhu yang sama hingga mencapai
tekanan 2.5 MPa untuk mendapatkan status 3.
(b) Dari tabel uap super panas diperoleh bahwa volume jenis pada
status 1 (v1) adalah 81.1 cm3/kg (dengan memasukkan nilai p=3.0 MPa dan T=300
oC) yang mana harus sama dengan v2 (volume jenis pada status 2). Dengan
memasukkan nilai p=2.5 MPa dan T=200 oC ke tabel uap super dingin diperoleh
nilai v3 = 1.1555 cm3/kg. Mutu uap pada status 2 (x2) dapat ditentukan melalui
volume jenis yaitu dengan mengetahui volume jeni saat jenuh cair (vf) dan jenuh
uap (vg) pada suhu status tersebut (200 oC) yaitu vv=1.1565 cm3/kg dan vg=124.4
cm3/kg. Diperoleh x2 = (81.1-1.156)/(124.4-1.1565)=0.633
40. Jelaskan prinsip kerja turbin gas tertutup !
Jawab
Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalahsebagai berikut:
1. Pemampatan (compression) udara
di hisap dan dimampatkan.
2. Pembakaran (combustion) bahan
bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di
bakar.
3. Pemuaian (expansion) gas hasil
pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle).
4. Pembuangan gas (exhaust) gas
hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan
41. Sebutkan kerugian yang di alamin turbin gas tertutup ?
Jawab :
Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:
1. Adanya gesekan fluida yang
menyebabkan terjadinya kerugian tekanan(pressure losses) di ruang bakar.
2. Adanya kerja yang berlebih
waktu proses kompresi yang menyebabkanterjadinya gesekan antara bantalan
turbin dengan angin.
3. Berubahnya nilai Cp dari fluida
kerja akibat terjadinya perubahantemperatur dan perubahan komposisi kimia
dari fluida kerja.
4. Adanya mechanical loss, dsb
42. Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu
tinggi bersuhu 800°K mempunyai efisiensi sebesar 40%. Berapakah suhu reservoir
tinggi supaya efisiensinya naik menjadi 80%?
Penyelesaian:
ρ=1-T2 T1
0,4=1-T2 800
T2 = 480°K
Berarti suhu reservoir suhu rendah = 480°K, Agar efisiensi
mesin menjadi 80%, maka suhu reservoir suhu tinggi (T1) harus dinaikkan
menjadi:
0,8=1 - 480 T1
T1=2400
43. Sebuah mesin menyerap kalor dari sumber kalor bersuhu
689°C dan membuang kalor pada sumber kalor bersuhu 397°C. Berapa efisiensi
maksimum kalor itu?
Penyelesaian:
Dik:
T1 =689
T2 =397
Dit: η.......?
Jawab: T1 =689+273=962 K
T2 =397+273=660 K
Efisiensi maksimum (efisiensi mesin Carnot) η=1-T2 T1 =1-670962.100%
=30%
44. Untuk menaikkan efisiensi menjadi 36%, berapakah suhu
sumber tinggi harus dinaikkan? Penyelesaian:
ρ = 1 – T2 T1 0,2 = 1 – T2 800 = 640 K
Berarti suhu reservoir suhu rendah = 640°K
Agar efisiensi mesin menjadi 36%, maka suhu reservoir suhu tinggi (T1)
harus dinaikkan menjadi: 0,36=1-640 T1
T1 =1000K
45. Sebuah mesin menyerap kalor dari sumber kalor bersuhu
689 0C dan membuang kalor pada sumber kalor bersuhu 397 0C. Berapa
efisiensi maksimum mesin kalor itu?
Penyelesaian:
T1 = 689 + 273 = 962 K
T2 = 397 + 273 = 660 K
Efisiensi maksimum (efisiensi mesin carnot ) = 30%
46. Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu
tinggi bersuhu 800 K memiliki efisiensi 40%. Agar efisiensi maksimumnya naik
menjadi 50%, tentukanlah kenaikan suhu yang harus dilakukan pada reservoir suhu
tinggi.
Jawab
Diketahui: T1 = 800 K, ɳ1= 40%, dan η2 = 50%.
Cara umum
• Efisiensi mesin semula η1 = 40%
• Agar efisiensi menjadi η2 = 50% untuk T2 = 480 K
T1 = ɳ1 / 50% = 480/ K 0,5
T1 = 960 K
Jadi, temperatur suhu tinggi harus dinaikkan menjadi 960 K.
47. Suatu gas dipanaskan pada tekanan tetap sehingga
memuai, seperti terlihat pada gambar.
Tentukanlah usaha yang dilakukan gas. (1 atm = 105 N/m2)
Jawab
Diketahui: p = 2 atm, V1 = 0,3 L, dan V2 =
0,5 L.
1 liter = 1 dm3 = 10–3 m3
W = p ( ΔV) = p (V2 – V1)
= 2 × 105 N/m2 (0,5 L – 0,2 L) × 10–3 m3 = 60
Joule.
48. Gambar berikut menunjukkan suatu siklus termodinamika
dari suatu gas ideal. Tentukanlah usaha yang dilakukan gas:
a. dari keadaan A ke B,
b. dari B ke C,
c. dari C ke D,
d. dari D ke A, dan
e. dari A kembali ke A
melalui B, C, dan D
Jawab
Diketahui: p = pB = 2 N/m2, pD = pC =
1 N/m2, VA = VD = 2 m3, dan VB = VC = 3
m3.
a. WAB = p (VB – VA)
= (2 × 105 N/m2) (3 – 2) × 10–3 m3 = 200 joule
b. WBC = p (VC – VB)
= 0
c. WCD= p (VD – VC)
= (1 × 105 N/m2) (2 – 3) × 10–3 m3 = -100 joule
d. WDA= p (VA – VD)
= 0
e. WABCDA = Wsiklus =
200 Joule + 0 – 100 Joule + 0 = 100 joule
selain itu, dapat ditentukan dengan cara
WABCDA = Wsiklus = luas arsiran
= (2 – 1) × 105 N/m2(3 – 2) × 10–3 m3
= 100 joule.
49. Sepuluh mol gas helium memuai secara isotermal pada
suhu 47°C sehingga volumenya menjadi dua kali volume mula-mula. Tentukanlah
usaha yang dilakukan oleh gas helium.
Jawab
Diketahui: T = 47°C = (47 + 273) K = 320 K dan V2 =
2V1.
Usaha yang dilakukan gas pada proses isotermal:
50. Suatu gas yang volumenya 1,2 liter perlahan-lahan
dipanaskan pada tekanan tetap 1,5 × 105N/m2 hingga volumenya menjadi 2
liter. Berapakah usaha yang dilakukan gas?
Jawab
Diketahui: V1 = 1,2 L, V2 = 2 L, dan p =
1,5 × 105 N/m2.
1 liter = 1 dm3 = 10–3 m3
Usaha yang dilakukan gas pada tekanan tetap (isobarik) adalah
W = p (V2 – V1) = (1,5 × 105 N/m2) (2 –
1,2) × 10–3 m3 = 120 joule
51. Suatu gas ideal mengalami proses siklus seperti grafik p – V berikut.
Tentukanlah:
a. usaha gas dari A ke B,
b. usaha gas dari B ke C,
c. usaha gas dari C ke A,
dan
d. usaha netto gas dalam satu
siklus.
Jawab
Diketahui: pA = pB = 3 × 105 Pa, pC =
1 × 105 Pa, VA = 2 L, dan VB = VC = 6 L.
a. Proses A ke B adalah proses isobarik. Usaha dari A ke B dapat
dihitung dengan persamaan WAB= p(VB – VA)
= 3 × 105 Pa (6 – 2) × 10–3 m3 = 1.200 joule
b. Prose B ke C adalah proses isokhorik. Oleh karena VC = VB,
usaha yang dilakukan gas WBC = 0
c. Proses dari C ke A adalah isotermal. Oleh karena pC:VC = pA:VA,
usaha dari C ke A adalah
WCA = (1 × 105 N/m2)(6 × 10–3 m3)ln 3/6 = – 415,8
joule
d. Usaha netto gas dalam satu siklus ABCA :
Wsiklus = WAB + WBC + WCA = 1.200
joule + 0 + (–415,8 joule) = 784,2 joule
52. Usaha sebesar 2 × 103 J diberikan secara
adiabatik untuk memampatkan 0,5 mol gas ideal monoatomik sehingga suhu
mutlaknya menjadi 2 kali semula. Jika konstanta umum gas R = 8,31
J/mol K, tentukanlah suhu awal gas.
Jawab
Diketahui: W = 2 × 103 J, T2 = 2T1, dan n =
0,5 mol.
Jadi, suhu awal gas adalah 321 K.
53. Udara memasuki kompresor turbin gas pada 100 kPa
dan 25˚C. Untuk rasio tekanan 5 dan temperatur maksimum 850˚C tentukan rasio
usaha balik dan efisiensi termalnya dengan menggunakan siklus brayton
Jawab:
Untuk menentukan rasio usaha baliknya:
= =
Temperaturnya adalah T1 = 298 K
T2 = T1( = (298) = 472 K
T4 = T3 = (1123)( = 701,1 K
Maka rasio usaha baliknya adalah:
= = 0,420
Atau 42 %
Efisiensi termalnya: ɳ =1 - = 0,369
SUMBER REFERENSI :
Perpustakaancyber. 2013. Usaha dan Proses dalam Termodinamika
Hukum Termodinamika 1 2 3 Rumus Contoh Soal Kunci Jawaban. {terdapat di(http://perpustakaancyber.blogspot.com/2013/03/usaha-dan-proses-dalam-termodinamika-hukum-termodinamika-1-2-dan-3-rumus-contoh-soal-kunci-jawabansoal termodinamika
1. Kegiatan di bawah ini yang
memanfaatkan proses perubahan wujud benda cair menjadi padat yaitu
peristiwa...
a. pemanasan air
b. peleburan logam
c. pembuatan es krim
d. pembuatan es kering dari
korbondioksida
Jawaban : C
Membeku merupakan peristiwa perubahan wujud benda dari cair menjadi
padat. Kegiatan yang memanfaatkan proses perubahan wujud benda dari cair
menjadi padat adalah proses pembuatan es krim.
2. Contoh peristiwa yang
menunjukkan proses penyubliman yaitu...
a. gelas retak ketika diisi
air panas
b. baju di jemuran kering ketika
cuaca panas
c. balon pecah ketika
terpapar panas matahari
d. kampir habis karena berada di
tempat terbuka
Jawaban : D
Menyublim adalah peristiwa perubahan zat padat menjadi gas atau
sebaliknya (gas menjadi padat). Pada contoh di atas yang menunjukkan peristiwa
penyubliman adalah kamper habis karena berada di tempat terbuka.
3. Contoh perubahan wujud benda
yang berupa mengembun yaitu pada peristiwa...
a. es di dalam gelas
b. mentega dipanaskan
c. kamper dibiarkan dalam
lemari
d. terbentuknya butiran air pada
tutup gelas
Jawaban : D
Mengembun adalah proses perubahan wujud zat dari gas menjadi
cair. Contoh perubahan wujud benda yang berupa mengembun yaitu pada
peristiwa terbentuknya butiran air pada tutup gelas.
4. Proses menyebarnya bau harum
dari minyak wangi yang diletakan di kamar merupakan contoh pemanfaatan
perubahan wujud benda dari...
a. padat menjadi cair
b. padat menjadi gas
c. cair menjadi gas
d. cair menjadi padat
Jawaban : C
Menyebarnya bau harum dari minyak wangi yang diletakan di kamar
merupakan contoh pemanfaatan perubahan wujud benda dari cair menjadi gas
(menguap).
5. Contoh pemanfaatan perubahan
wujud benda dari padat menjadi cair terdapat pada...
a. mentega dipanaskan di
penggorengan
b. air dimasukkan ke dalam freezer
c. kamper diletakkan di
dalam lemari
d. air dipanaskan terus menerus
Jawaban : A
Pemanfaatan perubahan wujud benda dari padat menjadi cair (mencair)
terdapat pada peristiwa mentega dipanaskan di penggorengan.
6. Lahar panas yang mengalir dari
letusan gunung berapi akan menjadi batu dan pasir jika telah dingin. Peristiwa
ini merupakan contoh...
a. peleburan
b. pembekuan
c. penyubliman
d. pengembunan
Jawaban : B
Lahar panas yang mengalir dari letusan gunung berapi akan menjadi
batu dan pasir jika telah dingin, peristiwa tersebut merupakan contoh peristiwa
pembekuan (perubahan wujud dari cair menjadi padat).
7. Peleburan perak merupakan salah
satu contoh pemanfaatan perubahan wujud benda dari....
a. cair menjadi gas
b. cair menjadi padat
c. padat menjadi cair
d. padat menjadi gas
Jawaban : C
Pada proses peleburan perak terjadi perubahan wujud dari zat padat
menjadi cair.
8. Saat hujan deras Nani berada di
dalam mobil. Meskpun kaca depan bagian luar selalu dibersihkan dari air,
kaca bagian dalam tetap basah. Peristiwa tersebut menunjukkan...
a. pencairan
b. penguapan
c. pembekuan
d. pengembunan
Jawaban : D
Pada peristiwa di atas terjadi proses perubahan wujud benda dari gas
(uap air) menjadi titik-titik air, proses tersebut dinamakan proses
pengembunan.
9. Perubahan wujud zat dari cair
menjadi padat dalam kehidupan sehari-hari terdapat pada peristiwa...
a. pembuatan genting
b. pengisian bahan bakar gas LPG
c. pembakaran kayu untuk
kayu bakar
d. membekunya minyak kelapa pada
saat udara dingin
Jawaban : D
Perubahan wujud zat dari cair menjadi padat (membeku) dalam kehidupan
sehari-hari ditunjukkan oleh peristiwa membekunya minyak kelapa pada saat
udara dingin.
10. Minyak asiri diperoleh dengan melalui proses
penyulingan dengan mendinginkan uapnya. Proses pembuatan minyak atsiri
memanfaatkan perubahan wujud....
a. gas menjadi cair
b. cair menjadi padat
c. padat menjadi gas
d. gas menjadi padat
Jawaban : A
Proses pembuatan minyak atsiri (penyulingan) merupakan contoh
perubahan wujud zat dari gas menjadi cair (pengembunan).
11. Di bawah ini termasuk perubahan fisika, kecuali ….
a. Penguapan
b. Pengembunan
c. Pembekuan
d. Pembakaran
Jawaban : D
Perbahan wujud zat dalam fisika ada 6, yaitu Penguapan, Pengembunan, Pembekuan,
Pencairan, Penyubliman, Pemadatan.
12. Perhatikan bagan perubahan wujud zat berikut!
Perubahan wujud yang ditunjukkan nomor 2, 4, dan 6 berturut-turut
dinamakan …
a. mencair, menguap,
menyublim
b. menguap, menyublim, membeku
c. menyublim, mengembun,
membeku
d. mengembun, menyublim, mencair
Jawaban : D
Gambar nomor 2, perubahan wujud gas menjadi cair yaitu mengembun.
Gambar nomor 4, perubahan wujud padat menjadi gas yaitu menyublim.
Gambar nomor 6, perubahan wujud padat menjadi cair yaitu mencair.
13. Sebongkah es dimasukkan ke dalam suatu wadah, kemudian
dipanasi. Perubahan wujud yang mungkin terjadi secara berurutan adalah .…
a. zat cair menjadi zat
padat
b. zat cair menjadi gas
c. zat padat menjadi zat
cair
d. zat padat menjadi gas
Jawaban : C
Sebongkah es yang dipanaskan akan mencair (zat padat menjadi zat
cair).
14. Grafik di bawah ini menyatakan hubungan antara suhu T
dengan kalor Q yang diberikan pada 1 gram zat padat. Besar kalor uap zat padat
tersebut adalah ...
a. 60 kalori/gram
b. 70 kalori/gram
c. 80 kalori/gram
d. 90 kalori/gram
e. 100 kalori/gram
Jawaban : C
Dik : Q = 140 kalori – 60 kalori = 80 kalori
m
= 1 gram
Dit : kalor uap zat padat (Ly) ?
Jawab :
Q = m Ly
Ly =
Ly =
Ly = 80 kalori/gram
15. Di bawah ini adalah grafik kalor terhadap suhu dari 1
kg uap pada tekanan normal. Kalor didih air 2256 x 103 J/kg dan kalor
jenis air 4,2 x 103 J/kg K, maka kalor yang dilepas pada perubahan dari
uap menjadi air adalah ...
a. 4,50 x 103 Joule
b. 5,20 x 103 Joule
c. 2,00 x 106 Joule
d. 2,26 x 106 Joule
e. 4,40 x 106 Joule
Jawaban : D
Dik : Ly = 2256 x 103 J/kg
c
= 4200 J/kg K
m
= 1 kg
Dit : kalor yang dilepas (Q) ?
Jawab :
Q = m Ly
Q = 1 kg . 2256 x 103 J/kg
Q = 2,256 x 106 J
16. Banyaknya kalor yang diserap untuk menaikkan suhu air
bermassa 2 kg dari -20C sampai 100C adalah ... kalor jenis air 4200 J/kg 0C,
kalor jenis es 2100 J/kg 0C, kalor lebur air (LF) = 334000 J/kg.
a. 760400 J
b. 750000 J
c. 668000 J
d. 600000 J
e. 540000 J
Jawaban : A
Dik : mair = 2 kg
Tawal =
-2 0C
Takhir =
10 0C
ces =
2100 J/kg 0C
cair =
4200 J/kg 0C
LF =
334000 J/kg
Dit : kalor yang diserap (Q) ?
Jawab :
Q1 = m.ces.ΔT = (2 kg)(2100 J/kg 0C)(0 0C – (-2 0C))
= 8400 J
Q2 = m.LF = (2 kg)(334000 J/kg) = 668000 J
Q3 = m.cair.ΔT = (2 kg)(4200 J/kg 0C)(10 0C – 0 0C)
= 84000 J
Q = Q1 + Q2 + Q3 = 8400 J + 668000 J + 84000 J
Q = 760400 J
17. Pemanfaatan perubahan wujud benda yang tepat terdapat
pada ….
Jawaban
: D
Pemanfaatan perubahan wujud benda:
ü penyemprotan minyak wangi sehingga membasahi pakaian dan
menyebar bau harum: merupakan perubahan wujud cair menjadi gas àmenguap
ü kapur barus diletakkan dalam lemari pakaian akan habis
karena bereaksi dengan udara: merupakan perubahan dari padat menjadi gas
àmenyublim
ü pembersihan butiran es yang menempel pada dinding
freezer dalam lemari es dengan menaikkan suhu: perubahan wujud padat menjadi
cair akibat pemanasan à mencair
ü pemisahan biji timah dari batuan dengan suhu tinggi
sehingga timah meleleh: perubahan dari padat menjadi leleh (cair)
mencair/meleleh
18. Perhatikan tabel!
Contoh perubahan wujud yang benar adalah ….
Jawaban
: B
a. I – M, II – O, dan III –
L
b. I – M, II – K, dan IV – N
c. III – K, I – L, dan V – O
d. V – L, III – M, dan IV – N
Perubahan wujud benda sebagai berikut:
I. Membeku:
cair menjadi padatàmisalnya:air (cair) dimasukkan ke dalam lemari es akan
membeku (padat) (M)
II. Mencair:
padat menjadi cair àmisalnya:mentega (padat) yang dipanaskan akan menjadi cair
(K)
III. Menguap:
cair menjadi gas àmisalnya:bensin (cair) dibiarkan di ruang terbuka akan
menguap (gas) (O)
IV. Mengembun:
gas menjadi cairàmisalnya:terbentuk titik air di daun ketika pagi hari (N)
V. Menyublim:
padat menjadi gas àmisalnya: kapur barus (padat) diletakkan di ruangterbuka (L)
19. Sepotong es massanya 10 kg dan suhunya 0 0C (pada
titik leburnya), kepada es itu diberikan kalor 800 K kal. Bila kalor lebur es
80 K kal kg-1. Bagaimana keadaan es itu setelah menerima kalor ?
a. Seluruhnya melebur
menjadi air dan suhunya lebih dari 0 0C.
b. Sebagian melebur menjadi air
dan sebagian tetap berupa es, suhu air dan es itu 0 0C.
c. Sebagian melebur menjadi
air dan suhu lebih besar dari 0 0C dan sebagian tetap berupa es dengan
suhu 0 0C.
d. Suhu es akan turun menjadi
lebih kecil dari 0 0C.
e. Seluruh es akan menjadi
air dengan sushu tetap 0 0C.
Jawaban : E
Kalor yang diperlukan untuk meleburkan es
Q = m L = 10.80 = 80 K kal
Karena kalor yang diberikan = kalor yang diperlukan untuk meleburkan
es, maka seluruh es melebur menjadi air 0 0C.
20. Suatu zat padat diberi sejumlah kalor, kemungkinan
yang dapat terjadi adalah:
1. Suhu zat naik
2. Suhu zat tetap
3. Zat mencair
4. Zat menjadi gas
Pernyataan yang benar adalah ...
a. 1,2 dan 3
b. 2 dan 4
c. 1 dan 3
d. 4 saja
e. 2,3 dan 4
Jawaban : C
Suatu zat padat diberi sejumlah kalor yang akan terjadi adalah suhu
zat naik dan zat mencair.
21. Sebuah siklus standar udara Otto mempunyai temperatur
maksimum 2200 K dan rasio kompressi 8. Kondisi pada awal proses kompressi
adalah 1 bar, 290 K dan 400 cm3. Hitunglah:
a. Massa udara di dalam
sistem, [kg]
b. Temperatur pada akhir langkah
kompressi, [K]
c. Kalor yang dimasukkan ke
sistem, [kJ]
d. Temperatur pada akhir langkah
ekspansi, [K]
e. Kalor yang dibuang dari
sistem, [kJ]
f. Efisiensi thermal siklus
Penyelesaian
Data yang diketahui :
r =
T3 = 2200 K
P1 = 100
kPa T1 = 290
K V1 = 400 cm3
a. Massa udara di dalam
sistem tetap. Dengan persamaan gas ideal diperoleh :
m =
m = = 4,806 X 10-4 kg
b. Temperatur pada akhir langkah
kompressi (T2) diperoleh dengan melihat bahwa proses 1− 2 adalah kompressi
isentropik.
T2 = 666,245 K
c. Kalor yang dimasukkan ke
dalam sistem Qin = m.cv .(T3 – T2)
= 4,806 x 10-4 kg x 0,7165kJ/(kg.K) (2200 – 666,245) K
= 0,5281 kJ
d. Temperatur pada akhir langkah
ekspansi (T4) diperoleh dengan melihat bahwa proses 3-4 adalah ekspansi
isentropik.
T4 = 957,606 K
e. Kalor yang dibuang dari
sistem
Qout = mcv (T4 – T1)
= 4,806 x 10-4 kg x 0,7165 kJ/(kg.K) (957,606 – 290) K
= 0,2299 kJ
f. Efisiensi thermal siklus
:
Ƞ
=
=
=
56,47 %
22. Sebuah siklus Otto ideal mempunyai rasio kompresi 8.
Kondisi udara pada awal proses kompresi adalah 95 kPa dan 27oC; kalor sebesar
750 kJ/kg dipindahkan selama proses pemasukan pada volume konstan. Dengan
memperhitungkan variasi kalor spesifik sebagai fungsi waktu, hitunglah:
a. Temperature dan
tekanan pada akhir proses pemasukan
The net work output
Efisiensi thermal siklus
Mean effective pressure
Bila temperatur sumber 2000 K dan temperture sink 300 K hitung total
irreversibilitas proses, dan availability pada akhir langkah tenaga
Penyelesaian
Diketahui
Fluida : udara dengan Cp dan Cv bervariasi terhadap temperatur.
Meski Cp dan Cv bervariasi tetapi R = Cp – Cv nilainya konstan.
Untuk
r =
P1 = 95 kPa
T1 = 300 K
Tsink = 300 K
Tsource = 2000 K
Qin = 750 kJ/kg
a. Volume spesifik pada
titik 1 adalah :
V1 =
= = 0,9063 m3/kg
Volume spesifik titik 2 :
= 8
V2 = 0,1133 m3/kg
Dari tabel berdasarkan harga T1 = 27oC = 300K: u1 = 214,07
kJ/kg vr1 = 621,2
Untuk proses 1-2:
vr2 = 77,65
Berdasarkan harga vr2 = 77,65 dari tabel diperoleh: T2 =
673,09 K u2 = 491,22 kJ/kg Tekanan pada akhir langkah kompressi:
P2 = 1705,00 kPa
Jumlah kalor yang disuplai ke sistem: qin = u3 – u2
u3 = qin + u2
= (750 + 491,22) kJ/kg = 1241,22 kJ/kg
Berdasarkan u3 = 1241,22 kJ/kg dari tabel diperoleh:
T3 = 1538,70 K vr3=
6,588
Tekanan pada akhir proses pemasukan kalor (P3)
P3 = 3897,68 kPa
b. Proses 3-4 → ekspansi isentropik
vr4 = 52,704
Berdasarkan harga vr4 = 52,704dari tabel diperoleh: T4 =
774,54 K u4 = 571,72 kJ/kg
Besarnya kalor yang dibuang dari sistem: qout = u4 – u1
= (571,72 – 214,07) kJ/kg
= 357,65 kJ/kg
→ Kata in dan out telah menyatakan arah dari suatu
proses. Jadi kalor yang keluar dari sistem yang harusnya bernilai negative
tetapi karena sudah ada kata out berarti kalor keluar dari sistem.
Akan tetapi:
qout = – q4−1
Sebab q4−1 = u1 – u4 = – 357,65 kJ/kg
Kerja bersih siklus:
wnet = qin – qout
= (750 – 357,65) kJ/kg
= 392,35 kJ/kg
c. Efisiensi thermal siklus:
Ƞ
=
=
=
52,31 %
d. Mean effective pressure:
Mep =
Mep = = 494,77 kPa
e. Φ4 = (u4 – u0)
– T0 (s4 – s0) + P0 (V4 – V0)
Φ4 = 357,65 kJ/kg – 300K [0,70799 kJ/(kg.K)] + 0
Φ4 = 145,253 kJ/kg
23. Siklus otto udara standart memiliki perbandingan
kompresi 8. Pada awal kompresi temperaturnya ialah 300 K dan tekanan 100 kPa.
Jika tempetaur maksimum siklus ini adalah 1200 K, maka tentukan :
a. kalor yang dipasok per kg
udara
b. kerja netto yang dilakukan per
kg udara
Penyelesaian :
Temperatur pada tingkat 2 dan 4 ditentukan dari hubungan proses
isentropic dengan perbandingan kalor spesifik = 1.4.
atau T2 = (300 K) (8)0.4 = 689,2 K
dan
atau T4 = (1200 K) (1/8)0.4 = 522,3 K
a. Untuk temperature
rata-rata (1200 + 689,2)/2 = 944,6, nilai spesifik pada volume konstan cv =
0.754 kJ/kg k. Kalor yang dipasok per kg udara (sepanjang proses 2-3) sama
dengan perubahan energi dalam sehingga :
b. Kerja yang dilakukan per kg udara
dilakukan oleh :
W net = - q 4-1 – q 2-3
Selama proses pembuangan kalor, cv = 0,7165 kJ/kg K, sehingga :
q 4-1 = cv (T1 – T4) = (0,7165 kJ/kg K) [ (300 –
522,3) K ] = - 159,3 kJ/kg
Oleh sebab itu :
W net = 159,3 – 385,1 = - 25,8 kJ/kg
24. Sebuah siklus diesel ideal dengan udara sebagai fluida
kerja mempunyai perbandingan kompresi 18 dan cutoff ratio rc = 2. Pada
awal proses kompresi tekanan dan temperatur 1 bar dan 27 oC serta volume
awal V1= 1,9 liter. Jika harga k = 1,4 dan cp = 1005 J/kg K, hitunglah:
a. Temperatur dan tekanan
pada setiap siklus
b. Kerja bersih
c. Efisiensi termal
d. Tekanan efektip rata-rata
Penyelesaian :
a. Temperatur dan tekanan
pada setiap siklus
Pada titik 1:
Temperatur , T1 = 300 K
Tekanan, p1 = 1 bar =100 kPa
Pada titik 2:
Temperatur, T2 = T1
T2 = 300
T2 = 953,3 K
Tekanan, p2 = p1
p2 = 100 kPa
p2 = 5719,8 kPa
Pada ttitk 3:
Temperatur , T3
Tekanan, p3 = p2 = 5719,8 kPa
Pada titik 4:
Temperartur, T4
T4 = T3
cutoff ratio rc = 2
V3/V2 = 2
V3 = 2 x V2 = 2 x 0,106 = 0,212
T4 = 1906,6
T4 = 793,03 K
Tekanan, p4
P4 = p3
P4 =5719,8 kPa
P4 = 265, 46 kPa
b. Kerja net
wnet = Qin - Qout
Qin = m cp (T3 – T2)
Qin = 0,002 kg x 1005 J/kg K (1906,6 – 953,3)
Qin = 1916,13 J
Qout = m cv (T4 – T1)
Qout = 0,002 kg x 718 kJ/kg K (793,03 – 300) K = 707,99 J
Maka: Wnet = 1916,13 – 707,99 = 1208,14 J
c. Efisiensi termal
Atau :
d. Tekanan efektip rata-rata, MEP
25. Terletak dimanakah perbedaan mesin diesel dan mesin
otto?
a. pembuangan
b. Permukaan
c. Pendinginan
d. Permulaan Pembakaran
Jawaban : D
Pembahasan :
Perbedaan mesin diesel dengan mesin otto terletak pada permulaan
pembakarannya. Pada motor bensin, campuran udara-bensin dikompresi dibawah
temperatur pembakaran bahan bakar dan proses pembakarannya dimulai dari
percikan bunga api pada busi. Sedangkan pada mesin diesel, udara murni diisap
dan dikompresi diatas temperatur pembakaran bahan bakar. Jadi, pada mesin
diesel tidak terdapat karburator dan busi tetapi diganti oleh injektor bahan
bakar.
26. Pada mesin diesel apakah yang dikompresi?
a. Udara
b. Air
c. Solar
d. Bensin
Jawaban : A
Pembahasan :
Pada mesin diesel, yang dikompresi adalah udaranya saja sehingga
mesin diesel dapat didesain pada perbandingan kompresi yang tinggi, antara 12
sampai 24.
27. Apakah prinsip kerja motor diesel?
a. Merubah energi kimia
menjadi energi potensial
b. Merubah energi mekanis menjadi
energi kimia
c. Merubah energi kimia
menjadi energi mekanis
d. Merubah energi Gerak menjadi
energi listrik
Jawaban: C
Pembahasan :
Prinsip kerja motor diesel adalah merubah energi kimia menjadi energi
mekanis. Energi kimia di dapatkan melalui proses reaksi kimia (pembakaran)
dari bahan bakar (solar) dan oksidiser (udara) di dalam silinder
(ruang bakar). Penggunaannya dan dalam satu silinder dapat terdiri dari satu
atau dua torak. Pada umumnya dalam satu silinder motor diesel hanya memiliki
satu torak.Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakar dan udara akan mendorong
torak yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga
torak dapat bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik
torak akan diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crank shaft).
Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik
torak pada langkah kompresi.
28. Apakah yang menyebabkan torak dapat
bergerak bolak-balik (reciprocating)?
Pembahasan :
Pada umumnya dalam satu silinder motor diesel hanya memiliki satu
torak.Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakar dan udara akan mendorong torak
yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak
dapat bergerak bolak-balik (reciprocating).
29. Terjadi proses apakah pada no 3-4 ?
a. Awal Pembilasan
b. Langkah kerja V bertambah, P
turun (adiabatic)
c. Pembakaran, P naik, V = c
(isokhorik)
d. Akhir Pembilasan
Jawaban : B
Pembahasan :
Keterangan:
1-2 = Langkah kompresi tekanan bertambah, Q = c (adiabatic)
2-3 = Pembakaran, P naik, V = c (isokhorik)
3-4 = Langkah kerja V bertambah, P turun (adiabatic)
4-5 = Awal Pembuangan
5-6 = Awal Pembilasan
6-7 = Akhir Pembilasan
30. Terjadi proses apakah pada no 4-1?
a. Langkah isap pada P = c
(isobarik)
b. Pengeluaran kalor sisa pada V =
c (isokhorik)
c. Langkah buang pada P = c
d. Langkah kompresi , P bertambah,
Q = c (adiabatik)
Jawaban : B
Pembahasan :
Keterangan:
0-1 = Langkah isap pada P = c (isobarik)
1-2 = Langkah kompresi , P bertambah, Q = c (adiabatik)
2-3 = Pembakaran, P naik, V = c (isokhorik)
3-4 = Langkah kerja P bertambah, V = c (adiabatik)
4-1 = Pengeluaran kalor sisa pada V = c (isokhorik)
1-0 = Langkah buang pada P = c
31. Komponen yang manakah yang berfungsi untuk
mendinginkan udara yang akan masuk ruang bakar?
a. Intercooler
b. Supercharger
c. Turbocharger
d. Crankshaft
Jawaban : A
Pembahasan :
Intercooler untuk mendinginkan udara yang akan masuk ruang bakar.
Udara yang panas volumenya akan mengembang begitu juga sebaliknya, maka dengan
didinginkan bertujuan supaya udara yang menempati ruang bakar bisa lebih
banyak.
32. Apakah fungsi dari komponen Turbocharger?
a. Mendinginkan udara yang
akan masuk ruang bakar
b. Memperbanyak volume udara yang
masuk ruang bakar
c. Memompa bahan bakar
d. Membuang uap
Jawaban : B
Pembahasan :
Turbocharger atau supercharger untuk memperbanyak volume udara yang
masuk ruang bakar karena udara yang masuk ruang bakar didorong oleh turbin pada
turbo/supercharger.
33. Siapakah yang pertama kali menyatakan tentang siklus
diesel?
a. Rudolph Diesel
b. Richard Diesel
c. David Diesel
d. George Diesel
Jawaban: A
Pembahasan :
Siklus Diesel adalah siklus ideal untuk mesin torak
pengapian-kompresi yang pertama kali dinyatakan oleh Rudolph Diesel tahun 1890.
34. Yang mana dibawah ini yang bukan aplikasi mesin
diesel?
a. mesin kereta api
b. unit pembangkit daya
c. truk/trailer
d. mesin pendingin
Jawaban : D
Pembahasan :
Mesin Diesel dipilih untuk aplikasi kendaraan berat (mesin yang
membutuhkan daya yang besar) seperti mesin kereta api (locomotive), unit
pembangkit daya (generator-set), kapal laut pengangkut, truk/trailer berat
35. Proses apakah “Piston dari Titik Mati Bawah (TMB)
silinder terisi udara dan kedua katup masuk dan keluar tertutup, udara terjebak
dan dikompresi di dalam silinder” pada mesin diesel dua langkah?
a. Adiabatis
b. Ekspansi
c. Kompresi
d. Injeksi
Jawaban : C
Pembahasan :
Langkah pada mesin diesel dua langkah:
1. Kompresi
Piston dari Titik Mati Bawah (TMB) silinder terisi udara dan kedua
katup masuk dan keluar tertutup, udara terjebak dan dikompresi di dalam
silinder.
2. Injeksi.
Pada akhir langkah kompresi, bahan bakar diinjeksikan dan pembakaran
terjadi.
3. Ekspansi.
Gas hasil pembakaran mengakibatkan ekspansi dan piston bergerak
mundur, kira-kira pada akhir langkah katup keluar terbuka, dan gas buang
keluar.
36. Mengapa pada siklus diesel tidak perlu menggunakan
busi?
a. Suhu meningkat dan
tekanan udara rendah
b. Suhu rendah dan tekanan udara
meningkat
c. Suhu dan tekanan udara
sudah sangat rendah
d. Suhu dan tekanan udara sudah
sangat tinggi
Jawaban : D
Pembahasan :
Penekanan secara adiabatik menyebabkan suhu dan tekanan udara
meningkat. Selanjutnya injector alias penyuntik menyemprotkan solar. Karena
suhu dan tekanan udara sudah sangat tinggi maka ketika solar disemprotkan ke
dalam silinder, solar langsung terbakar,sehingga tidak perlu menggunakan busi.
37. Apa yang anda ketahui tentang siklus ericson ?
Jawab
Siklus ini ditemukan oleh Ericsson, yang terdiri dari dua proses
isotermal dan dua proses tekanan konstan. Diagram p-v dan T-s ditunjukkan oleh
Gambar 6. Saat ini siklus Ericsson banyak digunakan dalam pembuatan turbin gas
jenis siklus tertutup.
38. Bahan bakar yang berbentuk gas yang biasanya digunakan
untuk turbin gas adalah gas dapur tinggi, gas bumi dan gas yang diperoleh dari
instalasi penguapan gas arang untuk industri. Gas dapur tinggi adalah barang
sisa-sisa dan harganya murah, tetapi nilai kalornya rendah. Gas bumi adalah
bahan bakar yang ideal untuk turbin gas yang mengandung Methan (CH4) dengan
kadar 65 % sampai 92 %.
a) Barapakan temperatur akhir t2 suatu proses kompresi presi
tanpa kerugian (isentrop)dari 1 bar, 20°C menjadi 8 bar.
Jawab: t2 = 240oC.
b) Berapakah jumlah kalori yang harus diberikan, bila akan memanaskan
udara kompresi dart 8 bar, 240oC menjadi 8 bar, 750°C.
Jawab:
Dari kondisi awal h2 = 235 KJ/Kg, pada 8 bar, 240°C pergi
mengikuti garis p = 8 bar, sampai memotong garis datar t3 = 750°C. Maka
dari sini didapat h3 = 835 KJ/Kg.
Dengan demikian panas yang harus diberikan adalah h3 - h2 =
835 - 235 = 600 KJ/Kg.
c) Berapakah selisih entalpi (panas jatuh) yang bekerja didalam
turbin gas,bila keadaan sebelum turbin 8 bar, 750oc dan berekspansi isentrop
sampai 1 bar.
Jawab:
sebelum turbin h3 = 835 KJ/KG
sesudah turbin h4 = 362 KJ/Kg
h3 – h4 = 473 KJ/
d) Berapakan tingkat dari suatu turbin gas yang be kerja dengan
panas jatuh rata-rata hst = 120 KJ / Kg.
Jawab: z = (h3 - h4) / hst = 473120 =3,94 jadi dibuat 4 tingkat.
e) Bagaimanakah keadaan gas bekas di sisi sebelah ke luar turbin,
bila randemen dalam turbin adalah = 0,87.
Jawab:
Hi = ht . i = 473.0,87 = 410 KJ/Kg. Hal ini digambarkan pada diagram
h - s , dengan 1 bar, 395oC , jadi h gas bekar = 425 KJ/Kg.
39. Uap air berada pada silinder dengan kondisi awal
3.0 MPa dan 300 oC (status 1). Air tersebut didinginkan pada volume tetap
hingga mencapai suhu 200 oC (status 2). Selanjutnya dikempa pada kondisi isotermal
hingga tekanan mencapai 2.5 Mpa (status 3).
(a) Gambarkan proses tersebut pada diagram T-v dan diagram p-v.
(b) Tentukan volume jenis pada status 1,2,3, dan mutu uap pada status
2.
Jawab :
(a) Dengan menggunakan tabel uap diketahui bahwa Suhu T1 (300 oC)
lebih besar dari suhu jenuh pada tekanan p1 (3.0 MPa) yaitu 233.9 oC, sehingga
status 1 berada pada wilayah super panas. Pendinginan pada kondisi volume jenis
tetap mengikuti proses yang tegak lurus dengan sumbu datar “v” diteruskan
hingga mencapai garis suhu 200 oC untuk mendapatkan status 2. Pengempaan
isotermal mengikuti proses di sepanjang garis suhu 200 oC. Pada wilayah dua
fase (cair-uap) garis suhu berimpit dengan garis tekanan hingga mencapai garis
jenuh cair. Kemudian dilanjutkan pada garis suhu yang sama hingga mencapai
tekanan 2.5 MPa untuk mendapatkan status 3.
(b) Dari tabel uap super panas diperoleh bahwa volume jenis pada
status 1 (v1) adalah 81.1 cm3/kg (dengan memasukkan nilai p=3.0 MPa dan T=300
oC) yang mana harus sama dengan v2 (volume jenis pada status 2). Dengan
memasukkan nilai p=2.5 MPa dan T=200 oC ke tabel uap super dingin diperoleh
nilai v3 = 1.1555 cm3/kg. Mutu uap pada status 2 (x2) dapat ditentukan melalui
volume jenis yaitu dengan mengetahui volume jeni saat jenuh cair (vf) dan jenuh
uap (vg) pada suhu status tersebut (200 oC) yaitu vv=1.1565 cm3/kg dan vg=124.4
cm3/kg. Diperoleh x2 = (81.1-1.156)/(124.4-1.1565)=0.633
40. Jelaskan prinsip kerja turbin gas tertutup !
Jawab
Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalahsebagai berikut:
1. Pemampatan (compression) udara
di hisap dan dimampatkan.
2. Pembakaran (combustion) bahan
bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di
bakar.
3. Pemuaian (expansion) gas hasil
pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle).
4. Pembuangan gas (exhaust) gas
hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan
41. Sebutkan kerugian yang di alamin turbin gas tertutup ?
Jawab :
Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:
1. Adanya gesekan fluida yang
menyebabkan terjadinya kerugian tekanan(pressure losses) di ruang bakar.
2. Adanya kerja yang berlebih
waktu proses kompresi yang menyebabkanterjadinya gesekan antara bantalan
turbin dengan angin.
3. Berubahnya nilai Cp dari fluida
kerja akibat terjadinya perubahantemperatur dan perubahan komposisi kimia
dari fluida kerja.
4. Adanya mechanical loss, dsb
42. Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu
tinggi bersuhu 800°K mempunyai efisiensi sebesar 40%. Berapakah suhu reservoir
tinggi supaya efisiensinya naik menjadi 80%?
Penyelesaian:
ρ=1-T2 T1
0,4=1-T2 800
T2 = 480°K
Berarti suhu reservoir suhu rendah = 480°K, Agar efisiensi
mesin menjadi 80%, maka suhu reservoir suhu tinggi (T1) harus dinaikkan
menjadi:
0,8=1 - 480 T1
T1=2400
43. Sebuah mesin menyerap kalor dari sumber kalor bersuhu
689°C dan membuang kalor pada sumber kalor bersuhu 397°C. Berapa efisiensi
maksimum kalor itu?
Penyelesaian:
Dik:
T1 =689
T2 =397
Dit: η.......?
Jawab: T1 =689+273=962 K
T2 =397+273=660 K
Efisiensi maksimum (efisiensi mesin Carnot) η=1-T2 T1 =1-670962.100%
=30%
44. Untuk menaikkan efisiensi menjadi 36%, berapakah suhu
sumber tinggi harus dinaikkan? Penyelesaian:
ρ = 1 – T2 T1 0,2 = 1 – T2 800 = 640 K
Berarti suhu reservoir suhu rendah = 640°K
Agar efisiensi mesin menjadi 36%, maka suhu reservoir suhu tinggi (T1)
harus dinaikkan menjadi: 0,36=1-640 T1
T1 =1000K
45. Sebuah mesin menyerap kalor dari sumber kalor bersuhu
689 0C dan membuang kalor pada sumber kalor bersuhu 397 0C. Berapa
efisiensi maksimum mesin kalor itu?
Penyelesaian:
T1 = 689 + 273 = 962 K
T2 = 397 + 273 = 660 K
Efisiensi maksimum (efisiensi mesin carnot ) = 30%
46. Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu
tinggi bersuhu 800 K memiliki efisiensi 40%. Agar efisiensi maksimumnya naik
menjadi 50%, tentukanlah kenaikan suhu yang harus dilakukan pada reservoir suhu
tinggi.
Jawab
Diketahui: T1 = 800 K, ɳ1= 40%, dan η2 = 50%.
Cara umum
• Efisiensi mesin semula η1 = 40%
• Agar efisiensi menjadi η2 = 50% untuk T2 = 480 K
T1 = ɳ1 / 50% = 480/ K 0,5
T1 = 960 K
Jadi, temperatur suhu tinggi harus dinaikkan menjadi 960 K.
47. Suatu gas dipanaskan pada tekanan tetap sehingga
memuai, seperti terlihat pada gambar.
Tentukanlah usaha yang dilakukan gas. (1 atm = 105 N/m2)
Jawab
Diketahui: p = 2 atm, V1 = 0,3 L, dan V2 =
0,5 L.
1 liter = 1 dm3 = 10–3 m3
W = p ( ΔV) = p (V2 – V1)
= 2 × 105 N/m2 (0,5 L – 0,2 L) × 10–3 m3 = 60
Joule.
48. Gambar berikut menunjukkan suatu siklus termodinamika
dari suatu gas ideal. Tentukanlah usaha yang dilakukan gas:
a. dari keadaan A ke B,
b. dari B ke C,
c. dari C ke D,
d. dari D ke A, dan
e. dari A kembali ke A
melalui B, C, dan D
Jawab
Diketahui: p = pB = 2 N/m2, pD = pC =
1 N/m2, VA = VD = 2 m3, dan VB = VC = 3
m3.
a. WAB = p (VB – VA)
= (2 × 105 N/m2) (3 – 2) × 10–3 m3 = 200 joule
b. WBC = p (VC – VB)
= 0
c. WCD= p (VD – VC)
= (1 × 105 N/m2) (2 – 3) × 10–3 m3 = -100 joule
d. WDA= p (VA – VD)
= 0
e. WABCDA = Wsiklus =
200 Joule + 0 – 100 Joule + 0 = 100 joule
selain itu, dapat ditentukan dengan cara
WABCDA = Wsiklus = luas arsiran
= (2 – 1) × 105 N/m2(3 – 2) × 10–3 m3
= 100 joule.
49. Sepuluh mol gas helium memuai secara isotermal pada
suhu 47°C sehingga volumenya menjadi dua kali volume mula-mula. Tentukanlah
usaha yang dilakukan oleh gas helium.
Jawab
Diketahui: T = 47°C = (47 + 273) K = 320 K dan V2 =
2V1.
Usaha yang dilakukan gas pada proses isotermal:
50. Suatu gas yang volumenya 1,2 liter perlahan-lahan
dipanaskan pada tekanan tetap 1,5 × 105N/m2 hingga volumenya menjadi 2
liter. Berapakah usaha yang dilakukan gas?
Jawab
Diketahui: V1 = 1,2 L, V2 = 2 L, dan p =
1,5 × 105 N/m2.
1 liter = 1 dm3 = 10–3 m3
Usaha yang dilakukan gas pada tekanan tetap (isobarik) adalah
W = p (V2 – V1) = (1,5 × 105 N/m2) (2 –
1,2) × 10–3 m3 = 120 joule
51. Suatu gas ideal mengalami proses siklus seperti grafik p – V berikut.
Tentukanlah:
a. usaha gas dari A ke B,
b. usaha gas dari B ke C,
c. usaha gas dari C ke A,
dan
d. usaha netto gas dalam satu
siklus.
Jawab
Diketahui: pA = pB = 3 × 105 Pa, pC =
1 × 105 Pa, VA = 2 L, dan VB = VC = 6 L.
a. Proses A ke B adalah proses isobarik. Usaha dari A ke B dapat
dihitung dengan persamaan WAB= p(VB – VA)
= 3 × 105 Pa (6 – 2) × 10–3 m3 = 1.200 joule
b. Prose B ke C adalah proses isokhorik. Oleh karena VC = VB,
usaha yang dilakukan gas WBC = 0
c. Proses dari C ke A adalah isotermal. Oleh karena pC:VC = pA:VA,
usaha dari C ke A adalah
WCA = (1 × 105 N/m2)(6 × 10–3 m3)ln 3/6 = – 415,8
joule
d. Usaha netto gas dalam satu siklus ABCA :
Wsiklus = WAB + WBC + WCA = 1.200
joule + 0 + (–415,8 joule) = 784,2 joule
52. Usaha sebesar 2 × 103 J diberikan secara
adiabatik untuk memampatkan 0,5 mol gas ideal monoatomik sehingga suhu
mutlaknya menjadi 2 kali semula. Jika konstanta umum gas R = 8,31
J/mol K, tentukanlah suhu awal gas.
Jawab
Diketahui: W = 2 × 103 J, T2 = 2T1, dan n =
0,5 mol.
Jadi, suhu awal gas adalah 321 K.
53. Udara memasuki kompresor turbin gas pada 100 kPa
dan 25˚C. Untuk rasio tekanan 5 dan temperatur maksimum 850˚C tentukan rasio
usaha balik dan efisiensi termalnya dengan menggunakan siklus brayton
Jawab:
Untuk menentukan rasio usaha baliknya:
= =
Temperaturnya adalah T1 = 298 K
T2 = T1( = (298) = 472 K
T4 = T3 = (1123)( = 701,1 K
Maka rasio usaha baliknya adalah:
= = 0,420
Atau 42 %
Efisiensi termalnya: ɳ =1 - = 0,369
SUMBER REFERENSI :
Perpustakaancyber. 2013. Usaha dan Proses dalam Termodinamika
Hukum Termodinamika 1 2 3 Rumus Contoh Soal Kunci Jawaban. {terdapat di(http://perpustakaancyber.blogspot.com/2013/03/usaha-dan-proses-dalam-termodinamika-hukum-termodinamika-1-2-dan-3-rumus-contoh-soal-kunci-jawaban.html) yang
diakses tanggal 31 Mei 2013}
Tutorialteknik. 2011. Siklus Diesel Ideal. {terdapat di(http://tutorialteknik.blogspot.com/2011/05/siklus-diesel-ideal.html) yang
diakses tanggal 31 Mei 2013}
Kisikisiuan. 2013. Menentukan Besaran Kalor dalam Proses.
{terdapat di (http://kisi-kisiuan.blogspot.com/2013/02/menentukan-besaran-kalor-dalam-proses.html) yang
diakses tanggal 31 Mei 2013}
Arieskuncoro. 2010. Soal dan Pembahasan UH Zat Wujudnya.
{terdapat di(http://arieskuncoro.wordpress.com/2010/09/07/soal-pembahasan-uh-zat-wujudnya/) yang
diakses tanggal 31 Mei 2013}
Guruipapati. 2012. Soal dan Pembahasan Zat dan Wujudnya.
{terdapat di (http://guru-ipa-pati.blogspot.com/2012/08/soal-dan-pembahasan-zat-dan-wujdunya.html) yang
diakses tanggal 31 Mei 2013}
.html) yang
diakses tanggal 31 Mei 2013}
Tutorialteknik. 2011. Siklus Diesel Ideal. {terdapat di(http://tutorialteknik.blogspot.com/2011/05/siklus-diesel-ideal.html) yang
diakses tanggal 31 Mei 2013}
Kisikisiuan. 2013. Menentukan Besaran Kalor dalam Proses.
{terdapat di (http://kisi-kisiuan.blogspot.com/2013/02/menentukan-besaran-kalor-dalam-proses.html) yang
diakses tanggal 31 Mei 2013}
Arieskuncoro. 2010. Soal dan Pembahasan UH Zat Wujudnya.
{terdapat di(http://arieskuncoro.wordpress.com/2010/09/07/soal-pembahasan-uh-zat-wujudnya/) yang
diakses tanggal 31 Mei 2013}
Guruipapati. 2012. Soal dan Pembahasan Zat dan Wujudnya.
{terdapat di (http://guru-ipa-pati.blogspot.com/2012/08/soal-dan-pembahasan-zat-dan-wujdunya.html) yang
diakses tanggal 31 Mei 2013}
%2B-%2Bide.gif)
Pembahasan
Pembahasan
Pembahasan
