Responsi kesetimbangan Energi

1.      Kerja soal di bawah ini dengan benar :

a.    Berapa panas yang harus diberikan untuk memanaskan air dari 27^o C menjadi 60^o C pada tekanan 1 atm

b.    Berapa panas yang dibutuhkan untuk memanaskan air dari 27 ^oC menjadi 100 ^oC, kemudian diuapkan pada 100 ^oC ?

c.    Hitung panas yang diberikan untuk menguapkan air pada 100^oC, tekanan 101,35 kPa.

Jawab :

a.    Diketahui :

T1 = 27^o C

T2 = 60^o C

P = 1 atm

Ditanyakan : panas yang dibutuhkan (  ?

Penyelesaian :

Berdasarkan tabel uap pada tekanan 1 atm, tabel A2 didapatkan :

H1 pada T1 = 113,25 kJ/kg

H2 pada T2 = 251,13 kJ/kg

(  = H2 - H1

          = 251,13 kJ/kg - 113,25 kJ/kg

          = 137,80 kJ/kg

Jadi panas yang dibutuhkan untuk memanaskan air dari 27^o C menjadi 60^o C pada tekanan 1 atm adalah 137,80 kJ/kg

1

2

100 oC

27 oC

10

20

Suhu (T)

t (menit)

 

b.    Diketahui :

T1 = 27 ^o C

T2 = 100 ^o C

ditanyakan :

( )….?

Penyelesaian :

Berdasarkan tabel uap pada tekanan 1 atm, tabel A2 didapatkan :

H1 pada kondisi cair  27 ^oC = 113, 25 kJ/kg

H2 pada kondisi cair 100 ^oC = 419,04 kJ/kg

H3 pada kondisi uap 100 ^oC = 2676,1 kJ/Kg

₁ = H2 - H1 = 419,04 kJ/kg - 113, 25 kJ/kg

       = 305,79 kJ/kg

₂  = H3 – H2 = 2676,1 kJ/kg - 419,04 kJ/kg

       = 2257,06  kJ/kg

Maka :

   = ₁ + ₂   = 305,79 kJ/kg  + 2257,06  kJ/kg

                            =  2562,85 kJ/kg

Jadi panas yang diberikan untuk memanaskan air dari 27 ^oC menjadi 100 ^oC, kemudian diuapkan pada 100 ^oC adalah 2562,85 kJ/kg

c.    ₂  = H3 – H2 = 2676,1 kJ/kg - 419,04 kJ/kg

                              = 2257,06  kJ/kg

Jadi panas yang diberikan untuk menguapkan air pada 100^oC, tekanan    101,35 kPa adalah 2257,06  kJ/kg

2.    a. Berapa panas yang dibuang pendinginan dan kondensasi uap jenuh pada suhu 103^oC (1 atm) menjadi cairan dengan suhu 60^o C.

            b.  Berapa panas pada kondensasi uap jenuh pada suhu 103^oC (1 atm)

            Jawab :

a.    Diketahui :

T1 ( uap ) = 103 ^oC  

T2 ( uap ) = 100 ^oC

T3 ( cair ) = 100 ^oC

T4 (cair ) = 60 ^oC

Ditanyakan : Berapa panas yang dibuang ( )..?

Penyelesaian :

Uap

t (menit)

h1

h2

h3

h4

103

100

60

10

4

T  oC

6

 

Cair

Uap

Cair

= h2 - h1  = h3 – h2  = h4 – h3

             =

            Mencari nilai h berdasarkan tabel A2

Ø  Mencari h1, T1 ( uap ) = 103 ^oC  maka h1 dicari dengan interpolasi:

 =   

 =  

y = h1 = 2680,72 kJ/kg

Ø  Mencari h2, T2 ( uap ) = 100 ^oC  maka h2 =  kJ/kg

Ø  Mencari h3, T3 ( cair ) = 100 ^oC  maka h3 = 419,04 kJ/kg

Ø  Mencari h4,  T4 (cair ) = 60 ^oC  maka h4 = 251,13 kJ/kg

  Sehingga :

 = h₂ - h₁

   =  kJ/kg - 2680,72 kJ/kg

   = -4,62 kJ/kg

 = h₃ – h₂

       = 419,04 kJ/kg -  kJ/kg

         = -2257,06 kJ/kg

                   = h₄ – h₃

                            = 251,13 kJ/kg - 419,04 kJ/kg = -167,91 kJ/kg

                    Maka :

                    =

                               = -4,62 kJ/kg - 2257,06 kJ/kg - 167,91 kJ/kg

                   = 2429, 59 kJ/kg

h2

h1

103 o C

100 o C

T (suhu )

 

b.     

t (waktu )

           

                  =  kJ/kg - 2680,72 kJ/kg

                        = - 4,62 kJ/kg

            Jadi panas pada kondensasi uap jenuh pada suhu 103^oC (1 atm) adalah 4,62 kJ/kg

3.      Sebanyak 345 kg madu pada suhu 24 ^oC dipanaskan dengan menambahkan energy sebesar 21300 kJ. Jika panas spesifik rata-rata madu sebesar 2,2 kJ/kg K. Berapa suhu madu setelah keluar dari proses?

Jawab :

Diketahui :

T1 = 24 ^oC = 297 K

Q = 21300 kJ

m = 345 kg

C = 2,2 kJ/kg K

Ditanyakan : T2…?

Penyelesaian :

Q = m. C. ( )

    = m. C. (T2-T1)

21300 kJ = 345 kg . 2,2 kJ/kg K . (T2 - 297 K)

21300 kJ = 759 kJ/ K . (T2 - 297 K)

(T2 - 297 K) =   = 28,06 K

T2 = 28,06 K + 297 K = 325,06 K

Jadi suhu madu sesudah keluar adalah 325,06 K

4.      Minyak goreng mengalir pada heat exchanger dengan laju 1200 kg/jam pada suhu 50 ^o C, dan dipanaskan menjadi 100 ^oC dengan menggunakan udara panas. Udara panas yang masuk dengan suhu 200 ^o C dan keluar 125 ^oC. Berapa udara yang dibutuhkan jika panas spesifik udara dan minyak masing-masing 29,1 btu/lb ^oF dan 0,45 btu/lb ^oF?

Jawab :

Minyak goreng :                                 

_minyak = 1200 x 2,2045 lb/jam = 2645,50 lb/jam                              

T1 = 50 ^oC = (9/5) x 50 ) + 32 = 122^oF 

 T2 = 100 ^oC =  212 ^oF

 = (212 ^oF -- 122^oF  ) = 90 ^oF

C = 0,45 btu/lb ^oF                                          

udara panas :

T1 = 200 ^oC =392 ^oF

T2 = 125 ^oC = 257 ^oF

 = (257 ^oF -- 392^oF  ) = - 135 ^oF

C_udara = 29,1 btu/lb ^oF

Qmasuk = Qinput

_minyak.C_minyak.  =  _udara.C_udara.

2645,50 lb/jam. 0,45 btu/lb ^oF . 90 ^oF =  _udara . 29,1 btu/lb ^oF . 135 ^oF

107.142,75 btu/Jam =  _udara  . 3928,5 btu/lb

             _udara   = 27,2731 lb/Jam

            Jadi udara yang dibuthkan adalah 27,2731 lb/Jam    

5.      Udara 32,2 ^oC digunakan sebagai media pengering dan dipanaskan dengan pemanas uap menjadi 65,5 ^oC dengan laju 1000 kg/ jam. Uap yang masuk menjadi jenuh pada suhu 149,9 ^oC, terkondensasi keluar pada suhu 137, 8 ^o C. Hitung uap panas yang dibutuhkan.

Uap

Udara

Jawab :

 

            Diketahui :

            T₁ udara = 32,2 ^oC = 305,2 K             T₁ uap = 148,9 ^oC = 421,9 K 

T₂ udara = 65,5 ^oC = 338,5 K             T₂ uap = 137,8 ^oC = 410,8 K

 = (338,5 K  -- 305,2 K) = 33,3 K    

  _udara    = 1000 kg/Jam

C udara = 121,835 kJ/kg K

Ditanyakan : _uap ….?

Penyelesaian :

Mencari  uap :

T₁ uap = 148,9 ^oC maka mencari h₁ dengan menggunakan tabel A2 melalui interpolasi :

 =  

 =  

y = h₁ = 2745,114 kJ/kg

T₂ uap = 137,8 ^oC maka mencari h₂ dengan menggunakan tabel A2 melalui interpolasi :

             =  

 =  

y = h₂ = 2730,95 kJ/kg           

maka  = 2730,95 kJ/kg - 2745,114 kJ/kg = - 14.164 kJ/kg (pendinginan)

Q_udara= Q_uap

     _udara  .C_udara.  =  _uap.

1000 kg/Jam .121,835 kJ/kg K . 33,3 K  =  _{uap .}  14.164 kJ/kg

4.057.105,5 kJ/jam =  _{uap .}  14.164 kJ/kg

                        _uap  = 286.437, 84 kg/Jam

Jadi uap panas yang dibutuhkan sebesar 286.437, 84 kg/Jam