Termodinamika - WordPress.com
advertisement
Termodinamika The first law of thermodynamics (control volume) • • • • Pendahuluan Kekekalan massa untuk volume kontrol Kekekalan energi untuk volume kontrol Analisa steady state (kondisi tunak) untuk volume kontrol Pendahuluan - Analisa termodinamika untuk control volume • Ada aliran massa yang masuk ke dalam dan keluar dari sistem • Volume aturnya tetap dalam bentuk dan ukurannya • massa dan energi (kerja dan panas) dapat melewati boundary • Contoh: turbin, pompa, kompresor Pendahuluan • Control volume disebut juga sistem terbuka • Control volume merupakan daerah suatu ruang yang akan dianalisa Control volume • Control surface – Boundary dari suatu control surface – Real boundary – Imaginary boundary • Steady tidak ada perubahan terhadap waktu • Unsteady atau transient • Uniform tidak ada perubahan lokasi Prinsip kekekalan massa • Total massa yang berpindah ke atau dari suatu sistem selama proses adalah sama dengan total perubahannya Kesetimbangan laju aliran massa • Mass flow rate (laju aliran massa) Bentuk kesetimbangan laju aliran massa • Laju aliran massa untuk yang melalui suatu luasan A • Laju aliran massa untuk aliran 1 dimensi Bentuk kesetimbangan laju aliran massa • Kondisi steady Contoh • Sebuah feedwater heater beroperasi pada kondisi steady memiliki 2 inlet dan 1 exit. Pada inlet 1 , uap air masuk pada tekanan p1 = 7 bar, T1 = 200C dengan laju aliran massa 40 kg/s. pada inlet 2, air pada p2 = 7 bar, T2 = 40C masuk melalui luasan A2 = 25 cm2. cair jenuh pada 7 bar keluar melalui exit 3 dengan laju aliran volume 0.06 m3/s. tentukan laju aliran massa pada inlet 2 dan exit (kg/h) dan kecepatan pada inlet 2 (m/s) • Air mengalir dari atas suatu tangki terbuka pada laju aliran massa konstan 7 kg/s. Air keluar melalui sebuah pipa dekat pada bagian dasar tangki dengan laju aliran massa 1.4L, dimana L merupakan ketinggian air (m). Luas dasar tangki 0.2 m2 dan massa jenis air 1000 kg/m3. Jika kondisi awal tangki kosong, plot variasi ketinggian air dengan waktu. Kesetimbangan energi untuk control volume • Ilustrasi kekekalan energi untuk control volume • Prinsip kekekalan energi untuk control volume • Untuk 1 inlet 1 exit control volume pada aliran 1 dimensi • Laju kerja yang berhubungan dengan tekanan dengan fluida yang mengalir • Dimana: pe tekanan pada exit Ae area pada exit, Ve adalah kecepatan pada exit • Laju kerja • Dengan AV = 𝑚v, maka • Flow work • Kesetimbangan laju energi • Dengan h = u+pv, maka laju kesetimbangan energi menadi • Kesetimbangan energi dengan laju aliran massa • Laju perpindahan energi persatuan massa yang bergerak melalui CV 𝑄𝑐𝑣 𝑚 dan 𝑊𝑐𝑣 𝑚 • Nozzle dan diffuser • Pada nozzle, gas atau cairan mengalir dengan luas area yang bervariasi sehingga kecepatan gas atau cairan akan meningkat searah dengan aliran tersebut • Pada converging nozzle, luas area berkurang searah dengan alirannya • Pada diffuser, gas atau cairan mengalami perlambatan pada arah aliran tersebut dan alirannya melalui area yang semakin luas • Turbin, merupakan peralatan yang menghasilkan kerja sebagai akibat dari aliran gas atau cairan melalui serangkaian blades yang dipasang pada poros untuk berputar. • Turbin banyak digunakan untuk di pembangkit tenaga uap (vapor power plants), pembangkit tenaga gas turbin (gas turbine power plants) dan mesin pesawat (aircraft engines) • Superheat steam atau gas masuk kedalam turbin dan berekspansi ke tekanan keluar yang lebih rendah sehingga ada kerja yang dihasilkan • Penggunaan turbin: – Vapor power plant – Gas turbine power plant – Aircraft engines Kompresor dan pompa • Kompresor merupakan peralatan yang membutuhkan kerja untuk meningkatkan tekanan gas • Pompa juga memerlukan kerja untuk mengubah kondisi cairannya • Reciprocating compressor • Rotating compressor – axial flow • Rotating Centrifugal compressor • Rotating compressor - Roots type Heat exchanger • Peralatan yang digunakan untuk memindahkan energi antar fluida yang berbeda temperatur. a. b. c. d. Direct contact HE Counterflow HE Paralel flow HE Crossflow HE Throttling • Digunakan untuk menurunkan tekanan gas atau fluida • Digunakan pada katup (valve) atau porous Throttling Beberapa peralatan teknik yang mengalir secara steady • • • • • • • nosel Difuser Turbin Kompresor Throttling valve Mixture chamber Heat exchanger Nosel dan difuser • Nosel: peralatan yang digunakan untuk menaikkan kecepatan fluida • Difuser: peralatan yang digunakan untuk menaikkan tekanan fluida • Q =0 • W =0 • Ek 0 • Ep =0 Turbin dan kompresor • Turbin: peralatan yang dapat menggerakkan electric generator • Kompresor: peralatan yang digunakan untuk menaikkan tekanan fluida • Q =0 • W 0 • Ek =0 • Ep =0 Throttling valve • Aliran fluida yang melalui katup ini mengalami penurunan tekanan • Q =0 • W = 0 • Ek =0 • Ep =0 Mixture chamber • • • • • Mencampur dua atau lebih aliran fluida Q =0 W = 0 Ek =0 Ep =0 Heat exchanger • Peralatan yang mengalirkan dua fluida tanpa terjadi pencampuran fluida • Q =0 • W = 0 • Ek =0 • Ep = (perhatikan boundary condition dari CV)
