Twitter
Facebook
Flickr
RSSsoal 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 =
= 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 :
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 ×
105 N/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:
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}
Langganan:
Posting Komentar (Atom)
1 komentar (+add yours?)
Sumber soalnya dari mana nih gan??? lengkap abis :/ ijin share yah haha..... visit juga www.ipb.ac.id
Posting Komentar