TERMODINAMIKA TEKNIK Modul ke:
03 Fakultas
HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA BAGI VOLUME ATUR Chandrasa Soekardi, Prof.Dr.Ir 1 Sistem termodinamika volume atur
TEKNIK Program Studi
Teknik Mesin
2. Sistem volume atur yang menghasilkan Kerja
4. Sistem volume atur untuk proses pendinginan fluida
3. Sistem volume atur untuk menaikkan energi aliran fluida Daftar Pustaka
Modul 3 HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA BAGI VOLUME ATUR
Deskripsi Pokok Bahasan : Sistem termodinamika terbuka atau sistem volume atur adalah sistem termodinamika di mana selain berlangsung perpindahan energi dalam bentuk kerja atau panas, pada saat yang bersamaan berlangsung perpindahan massa aliran fluida gas atau cairan, atau campuran keduannya. Sistem termodinamika volume atur merupakan model sederhana mesin-mesin termal yang banyak dipergunakan di industri, baik sebagai bagian dari instalasi mesin pembangkit tenaga dan/atau mesin-mesin pendingin. Kinerja instalasi industri, baik itu daya yang dihasilkannya maupun efisiensi pemakaian energi bahan bakar, sangat bergantung kepada performance sistem-sistem termalnya sehingga upaya perbaikan sistem merupakan hal yang sangat penting. Untuk dapat memberikan kontribusi terhadap upaya-upaya tersebut diperlukan kemampuan penerapan konsep volume atur dan analisis termodinamikanya.
Tujuan pembelajaran : Setelah memahami materi yang dibahas di dalam modul ini anda diharapkan mampu menerapkan konsep sistem termodinamika volume atur beserta penerapan prinsip-prinsip kekekalan energi untuk mengevaluasi kualitas kinerja berbagai sistem termal.
1. Energi yang terlibat pada sistem
Untuk melakukan tugasnya Sistem memerlukan input energi mekanik dalam bentuk kerja sebesar W
sistem volume atur Aliran keluar, E2 Input energi mekanik (kerja), W
dE/dt Aliran fluida keluar dari sistem dengan mengangkut sejumlah energi sebesar E2
dQ
dEf Di dalam sistem, energi fluida berubah selama selang waktu tertentu, dE/dt
Dari dalam sistem,, terdapat kerugian energi panas sebesar dQ dan kerugian karena gesekan sebesar dEf
Aliran Fluida masuk
E1
Aliran fluida tertentu masuk ke dalam sistem dengan mengangkut sejumlah energi sebesar E1
1. Sistem termodinamika volume
Perpindahan Energi dalam bentuk Kerja
atur sistem volume atur
Aliran keluar, E2 Input energi mekanik (kerja), W
dE/dt dQ
dEf
Aliran Fluida masuk
Perpindahan massa aliran fluida
E1
Kesetimbangan energi, hk. 1 Termodinamika
sistem volume atur
Aliran keluar, E2
Input energi mekanik (kerja), W
dE/dt dQ
dEf
Aliran Fluida masuk E1
(jumlah energi masuk ke dalam sistem)
E1 + W
(perubahan energi di dalam sistem)
dE/dt
(jumlah energi keluar dari sistem
E2 + dQ + dEf
2. Sistem volume atur yang menghasilkan Kerja
Aliran Fluida panas, E1
Sistem Menghasilkan Kerja/Daya
Kerja/Daya yang dihasilkan, Wp
dE/dt dQ
dEf
Aliran fluida keluar,
E2 (jumlah energi masuk ke dalam sistem)
E1
(perubahan energi di dalam sistem)
dE/dt
(jumlah energi keluar dari sistem
Wp + E2 + dQ + dEf
4. Sistem volume atur untuk proses pendinginan fluida
Aliran fluida yg sudah lebih dingin, E2
Alat Pendingin
dEf
dE/dt Aliran fluida panas, E1
dQ Panas yang musti dilepas
Qp
(jumlah energi masuk ke dalam sistem)
E1
(perubahan energi di dalam sistem)
dE/dt
(jumlah energi keluar dari sistem
Qp + E2 + dQ + dEf
Contoh Penerapan 1. Uap air panas bertekanan 2 MPa bertemperatur sekitar 350 oC, yang memiliki enthalpi sekitar 3000 kJ/kg, dialirkan ke dalam sebuah turbin uap dengan kecepatan 60 m/s, laju aliran massa 2 kg/s melalui saluran masuk sistem yang memiliki ketinggian 8 m dari permukaan tanah. Setelah mengalami proses ekspansi di dalam turbin, dan menghasilkan kerja atau daya poros, uap air meninggalkan turbin dalam keadaan jenuh pada tekanan 100 kPa di mana enthalpinya sekitar 2500 kJ/kg. Ketinggian saluran keluar uap tersebut adalah 2 m dari permukaan tanah, dan saat keluar turbin kecepatan aliran uap 180 m/s. Apabila selama berlangsungnya proses expansi uap di dalam turbin kehilangan energi panas melalui dinding turbin adalah sekitar 10 000 J/s, maka perkirakan besarnya kerja dan daya poros yang dihasilkan oleh turbin tersebut.
Wp E1
Prinsip kekekalan energi : E1 = (dE/dt) + Wp + E2 + dq + dEf
dE/dt dEf
Asumsi :
dq E2
aliran stasioner, sehingga (dE/dt) = 0 dEf dianggap kecil dq diketahui = 10 000 J/s oleh karena itu : Wp = E1 – E2 - dq
W E1 dE/dt 3. kerja yang dihasilkan turbin, Wp: dEf Wp = E1 – E2 – dq Wp = (h1 – h2)+½ (v12- v22) + g (Z1 – Z2) – dq
dq E2
1. Prinsip kekekalan energi : E1 = (dE/dt) + W + E2 + dq + dEf
2. Asumsi : -aliran stasioner, sehingga (dE/dt) = 0 -dEf dianggap kecil -dq diketahui = 10 000 J/s oleh karena itu : W = E1 – E2 - dq
-diketahui bahwa : h1 = 3000 kJ/kg, v1 = 60 m/s, Z1 = 8 m h2 = 2500 kJ/kg, Z2 = 2 m, v2 = 180 m/s dq = 10 000 J/s, atau = (10 000 J/s / 2 kg/s ) dq = 5 000 J/kg Maka Besarnya kerja, Wp dapat dihitung Daya = (kerja, Wp) x (laju aliran massa fluida)
Daftar Pustaka
1. Cengel, Yunus A. & Boles, Michael A., Thermodynamics: An Engineering Approach, New York, McGraw-Hill, 2007 2. Reynolds, William C. & Perkins, Henry C., Engineering Thermodynamics, New York, McGraw-Hill, 1987
Terima Kasih Chandrasa Soekardi, Prof.Dr.Ir
