TUGAS TERMODINAMIKA TEKNIK MENCARI CONTOH SOAL CARNOT, OTO DAN DIESEL

Nama : Abdul Rohman

NIM : 12303179

Konsentrasi : Produksi dan Perancangan

CONTOH SOAL SIKLUS MESIN CARNOT:

1. Sebuah mesin Carnot beroperasi di antara reservoir bersuhu 527 C dan 27 C. Apabila mesin

tersebut menyerap kalor sebesar 4000 J, maka usaha yang dilakukan oleh mesin adalah = .. J

Analisis

diketahui :

T2 = 527 C = (575 + 273)K = 800 K

T1 = 27 C = (27 + 273)K = 300 K

Q1 = 4000 J

ditanya: W (usaha) ?

Rencana

Dilihat dari hasil analisis dapat kita jawab soal ini menggunakan rumus

η = W/Q1 x 100% , maka

W = η x Q1 / 100%

Solusi

penyelesaian

karena η belum diketahui , berdasarkan rumus η = 1 - (T1/T2) x 100% tadi maka :

W = η x Q1 / 100%

W = (1 - (T1/T2) x 100%) x Q1 / 100% [Coret 100%]

W = (1 - (T1/T2) x Q1

W = (1 - (300/800) x 4000

W = (1 - (3/8)) x 4000

W = (1 - 0,375) x 4000

W = 0,625 x 4000

W = 2500 J

Umpan balik

Dengan rumus ini maka dapat dibuktikan

2500 = η x Q1 / 100%

2500 = (1 - (T1/T2) x 100%) x Q1 / 100% [Coret 100%]

2500 = (1 - (T1/T2) x Q1

2500 = (1 - (300/800) x 4000

2500 = (1 - (3/8)) x 4000

2500 = (1 - 0,375) x 4000

2500 = 0,625 x 4000

2500 = 2500 J

2. Suatu mesin Carnot bekerja diantara 2 reservoir yang suhunya 700 K dan 900 K. Efisiensi

maksimum mesin Carnot adalah Berapa %

Analisis.

diketahui :

T1 = 700 K

T2 = 900 L

dit : η(efisiensi) ?

Rencana.

Dengan melihat dari analisis yang didapat, maka efisiensi dapat dihitung dengan rumus

η = 1 - (T1/T2) x 100%

Solusi

penyelesaiannya yaitu :

η = 1 - (T1/T2) x 100%

η = 1 - (700/900) x 100%

η = 1 - (7/9) x 100%

η = 1 - 0,78 x 100%

η = 0,22 x 100%

η = 22 %

Umpan balik

Pembuktian rumus yaitu

22 % = 1 - (T1/T2) x 100%

22 % = 1 - (700/900) x 100%

22 % = 1 - (7/9) x 100%

22 % = 1 - 0,78 x 100%

22 % = 0,22 x 100%

22 % = 22 %

Setelah dibuktikan dengan rumus yang ada pada rencana ternyata hasil tersebut benar.

3. Suatu mesin Carnot, jika reservoir panasnya bersuhu 400 K akan mempunyai efisiensi 40%. Jika

reservoir panasnya bersuhu 640 K, efisiensinya = %

Analis is

Diketahui:

η = 40% = 4 / 10

Tt = 400 K

Ditanya :

Jika T = 640 maka efisiensinya?

Rencana

Dari hasil analisa maka soal akan dijawab menggunakan rumus η = 1 − (Tr/Tt) tapi karna Tr

belum didapat maka dicari dulu Tr. Lalu setelah didapat Tr dilanjutkan dengan mencari efisiensi

dengan suhu 640 K.

Solusi

Pembahasan

Cari terlebih dahulu suhu rendahnya (Tr) hilangkan 100 % untuk mempermudah perhitungan:

η = 1 − (Tr/Tt)

4 / 10 = 1 − (Tr/400)

(Tr/400) = 6 / 10

Tr = 240 K

Data kedua :

Tt = 640 K

Tr = 240 K (dari hasil perhitungan pertama)

η = ( 1 − Tr/Tt) x 100%

η = ( 1 − 240/640) x 100%

η = ( 5 / 8 ) x 100%

η = 62,5%

Umpan balik

Terlihat dari hasil penghitungan pada bagian solusi efisien yang didapat adalah 62,5% untuk suhu

640 K.

62,5 = ( 1 − Tr/Tt) x 100%

62,5 = ( 1 − 240/640) x 100%

62,5 = ( 5 / 8 ) x 100%

62,5 = 62,5%

CONTOH SOAL SIKLUS MESIN OTO :

1. Sebuah mesin empat-stroke empat silinder beroperasi pada 4000rpm. Ini

dikenakan dan stroke adalah 100 mm masing-masing, yangMEP diukur sebany

ak 0,6 MPa, dan efisiensi termal 35%. Tentukan(a) listrik yang

dihasilkan oleh mesin dalam kW, (b) limbah panas dalam kW,

 (c) dan asupan udara volumetrik dalam L / s.

Analisis

Dik :

1. mesin beroperasi pada 4000 rpm.

2. Inidikenakan dan stroke adalah 100 mm masing-masing,

3. tersebut MEP diukur sebanyak0,6 MPa,

4. efisiensi termal 35%.

Dit :

1. daya yangdihasilkan oleh mesin dalam kW,

2. limbah panas dalam kW,

3. asupan volumetrik udara di L / s.

Jawaban :

1. 62.6 kW,

2. 116.2 kW,

3. 26.2 L/s

Rencana

Usaha yang didapat oleh sistem

Umpan Balik

Sejak tidak adanya pemakaian pada suatu usaha selama suatu volome suatu benda

dalam keadaan setimbang atau konstan. Yang mana suatu exergy yang hilang dan

exergy yang destroyed selama proses dalam berlangsung adalah sama besar atau

setimbang. Sebuah efesiensi exergetic dalam sebuah siklus yang dapat dievaluasi

sebagai exergy net yang telah disalurkan.

2. Sebuah mesin SI 4-silinder dengan perpindahan silinder 0.5 L dan

volume kliring 62,5 mL berjalanpada 3000 RPM. Pada awal proses

kompresi, udara pada 100 kPa dan 20oC. Suhu maksimum selamasiklus adalah

1800 K. Denganmenggunakan udara dingin standarsiklusOtto, tentukan (a) kekuatan yang

dikembangkan oleh mesin, (b) efisiensi termal, dan (c) MEP. (d) Apa-jika-

kenario: Bagaimanajawaban pada bagian (b) berubah jika suhu maksimum dibesarkan

uJntuk 2200 K? (e) Bagaimana jawaban pada

bagian (b) perubahanjika model gas ideal digunakan?

Analisis

Dik :

1. perpindahan silinder 0.5 L

2. clearance volume 62,5 mL

3. berjalan pada 3000 RPM.

4. awal dari proses kompresi, udara pada 100 kPa dan 20oC.

5. Suhu maksimum selama siklus adalah 1800 K.

Rencana

Dit :

1. daya yangdikembangkan oleh mesin,

2. efisiensi termal,

3. MEP tersebut.

4. Bagaimana jawabannya di bagian

5. berubah jika maksimum

Jawaban :

1. 30.7 kW,

2. 58.6%,

3. 614 kPa,

4. 58.5%,

5. 53.5%

Solusi

From the perfect gas isentropic relations evaluate the pressure and temperature of

the anchor states shown in the accompanying T-s diagram

Keadaan 1 p1 , t1 dan v1

Keadaan 2, r dan t1

Keadaan 4 r dan t3

Analisa energi panas yang telah bertambah :

Oleh karenanya untuk usaha net, efesiensi dan MEP adalah :

3. Sebuah mesin empat-troke empat silinder beroperasi pada 4000rpm. Ini

dikenakan dan stroke adalah 100 mm masing-masing, yangMEP diukur seban

yak 0,6 MPa, dan efisiensi termal 35%. Tentukan(a) listrik yang

dihasilkan oleh mesin dalam kW, (b) limbah panas dalam kW,

 (c) dan asupan udara volumetrik dalam L / s.

Analisis

Dik :

1. mesin beroperasi pada 4000 rpm.

2. Inidikenakan dan stroke adalah 100 mm masing-masing,

3. tersebut MEP diukur sebanyak0,6 MPa,

4. efisiensi termal 35%.

Dit :

4. daya yangdihasilkan oleh mesin dalam kW,

5. limbah panas dalam kW,

6. asupan volumetrik udara di L / s.

Jawaban :

4. 62.6 kW,

5. 116.2 kW,

6. 26.2 L/s

Rencana

Usaha yang didapat oleh sistem

Umpan Balik

Sejak tidak adanya pemakaian pada suatu usaha selama suatu volome suatu benda

dalam keadaan setimbang atau konstan. Yang mana suatu exergy yang hilang dan

exergy yang destroyed selama proses dalam berlangsung adalah sama besar atau

setimbang. Sebuah efesiensi exergetic dalam sebuah siklus yang dapat dievaluasi

sebagai exergy net yang telah disalurkan.

CONTOH SOAL SIKLUS MESIN DIESEL

1. Sebuah siklus udara standar Diesel memiliki rasio kompresi 18.Panas ditransfer ke fluida kerja per siklus adalah 2000 kJ / kg. Padaawal proses kompresi tekanan 100 kPa dan suhu 25oC.Mempekerjakan gas model (PG) yang sempurna untuk fluida kerja,tentukan (a) tekanan pada setiap titik dalam siklus, (b) rasio cut-off,(c) efisiensi termal, (d) kerja yang bersih per unit massa, dan (e)MEP. (f) Apa-jika-Skenario: Bagaimana perubahan efisiensi termaljika perpindahan panas adalah 1500 kJ / kg?

Dik : 1. rasio kompresi 18.2. fluida kerja per siklus adalah 2000 kJ / kg3. tekanan 100 kPa dan suhu 25oC.

Dit :1. tekanan pada setiap titik dalam siklus,2. rasio cut-off,3. efisiensi termal,

4. pekerjaan bersih per satuanmassa,5. MEP tersebut.6. Bagaimana perubahan termal efisiensi jika perpindahan panasyang 1500 kJ / kg?

Jawaban :1. 5728 kPa, 487 kPa, 2. 3.1, 3. 57.8%, 4. 1153 kJ/kg, 5. 1430 kPa,6. 60.6%

Analisa :

Dari gas sempurna hubungan isentropic mengevaluasi tekanan dantemperatur dari negara-negara jangkar ditunjukkan dalam diagramTs terlampirKeadaan 2

Keadaan 3

Keadaan 4

Untuk menghitung pertambahan energi panas adalah :

Untuk menghitung efesiensi, W net dan MEP adalah :

Umpan BalikPenurunan selain mengurangi panas daerah tertutup bersih dan, oleh karena itu, output kerja bersih. Suhu maksimum juga menurun menyebabkan penurunan di kedua th dan tc. Namun, karena v =garis konstan  lebih curam daripada garis konstanta p = penurunan tcharus lebih parah mengakibatkan peningkatan bersih dalam efisiensicarnot setara.

2. Pada gambar di bawah ini ditunjukkan siklus proses-proses yang terjadi pada

mesin diesel (gasoline internal combustion engine).

a). Tentukan tekanan dan temperatur pada setiap keadaan (titik) dalam p1, V1 dan

perbandingan panas jenis g.

b). Hitung efisiensi dari mesin diesel ini

ANALISIS

Diketahui : siklus yang terjadi pada mesin diesel, dengan beberapa langkah sperti

pada gamabar

Ditanyakan :

a). Tentukan tekanan dan temperatur pada setiap keadaan (titik) dalam p1, V1 dan

perbandingan panas jenis g.

b). Hitung efisiensi dari mesin diesel ini

RENCANA

Dari gas sempurna hubungan isentropic mengevaluasi tekanan dantemperatur dari 

negara-negara jangkar ditunjukkan dalam diagramTs terlampir

Keadaan 2

Titik 3

3 à 4 : Proses isokhorik

p1V 1=nRT 1 → T1=p1V 1

nR

p1 , V 1 ,p1V 1

nR

p2V 2

T 2

=p3V 3

T 3

→ T 3=p3 V 3

p2V 2

T 2

p2V 2γ=p3V 3

γ →p3

p2

=(V 2

V 3)γ

V 3=4 V 2 → p3=p2(V 2

4V 2)γ

p3=3(0 .25)γ p1

T 3=(V 2

V 3)γ V 3

V 2

T 2=(0 .25 )γ ( 4 )3 p1V 1

nR=

12(0 . 25)γ p1V 1

nR3(0 . 25)γ p1 , 4 V 1 , 12(0 . 25)γ

p1V 1

nR

3(0 . 25)γ p1 , 4 V 1 , 12(0 . 25)γp1V 1

nR

4 à 1 : Proses adiabatik

Titik 4

p4 V 4γ=p1V 1

γ → p4=p1(V 1

V 4)γ

V 4=4V 1 → p4=(0 . 25 )γ p1

p3=3(0 . 25)γ p1 → T 4=(0 .25 )γ p1

3 (0 .25 )γ p1

12(0 . 25)γ p1V 1

nR=4 (0 . 25)γ p1V 1

nR

Titik 2 :3 p1 , V 1 , 3p1V 1

nR

W 23=1

1−γ( p3V 3−p2V 2)=

11−γ

[ 3(0 .25 )γ p14 V 1−3 p1V 1 ]=

p1V 1

1−γ[12(0 . 25 )γ−3 ]

Titik 4 :( 0.25 )γ p1 , 4 V 1 , 3 (0. 25 )γp1V 1

nR

Titik 3 :3( 0. 25 )γ p1 , 4 V 1 , 12(0 . 25)γp1V 1

nR

Titik 1 : p1 , V 1 ,p1V 1

nR

W 12=W 34=0 W 23=11−γ

( p3V 3−p2V 2)

W 41=11−γ

( p1V 1−p4 V 4 )

(0 . 25)γ p1 , 4 V 1 , 4 (0 .25 )γp1 V 1

nR

W 41=1

1−γ( p1V 1−p4 V 4 )=

11−γ

[ p1V 1−(0 . 25)γ p14 V 1]=

p1 V 1

1−γ[ 1−4(0 . 25)γ ]

Q12=QH=2CV

p1V 1

RQ34=QC=−8(0 .25)γ CV

p1V 1

R

W total=W 12+W 23+W 34+W 41=p1V 1

γ−1[2−8(0 .25)γ ]

Q12=nCV (T 2−T 1 )=nCV [ 3p1 V 1

nR−

p1V 1

nR]=2CV

p1V 1

R

Q34=nCV (T 4−T3 )=nCV [ 4(0 . 25)γp1V 1

nR−12(0 . 25)γ

p1V 1

nR]=−8 (0 .25 )γ CV

p1 V 1

R

Q12=QH=2CV

p1V 1

RQ34=QC=−8(0 .25)γ CV

p1V 1

R

W total=W 12+W 23+W 34+W 41=p1V 1

γ−1[2−8(0 . 25)γ ]