Rabu, 29 April 2015

ANALISIS TERMODINAMIKA SISTEM TERBUKA

ANALISIS TERMODINAMIKA SISTEM TERBUKA
Dalam persoalan yang menyangkut adanya aliran massa ke/dari sistem maka sistemnya adalah sistem terbuka(control volume). Contohnya : water heater, radiator mobil, turbin, kompressor, nozle dll. Tidak ada aturan mengenai bagaimana memilih sistem, tetapi yang penting adalah pemilihan tersebut dapat memudahkan analisis. Misalkan akan dianalisis aliran udara melalui nozle, maka pemilihan sistemnya adalah di dalam nozle. Lapis batas dari control volume disebut control surface, dapat riil ataupun imajiner. Dalam kasus nozle misalnya, maka permukaan dalam dari nozle adalah lapis batas yang riil, sedangkan daerah masuk dan keluarnya aliran adalah lapis batas imajiner karena tidak ada bentuk fisik sesungguhnya. Control volume dapat tetap (bentuk dan ukurannya) maupun dapat mengandung moving boundary. Beberapa istilah  Steady : tidak berubah terhadap waktu, lawan katanya unsteady/transient. Uniform: tidak berubah terhadap tempat.

Flow work
Flow work adalah energi yang diperlukan untuk mendorong fluida masuk atau keluar dari control volume,merupakan bagian dari energi yang dibawa oleh fluida.
Kita tinjau gambar di atas. Jika tekanan fluida P , luas penampang saluran A, maka gaya yang bekerja pada elemen fluida oleh piston imajiner adalah : F = P A  Untuk memasukkan seluruh elemen fluida ke dalam control volume maka gaya akan bekerja masuk ke dalam control volume :  Wflow = F L = P A L = P V (kJ) Dalam basis massa : wflow = P v (kJ/kg)
STEADY FLOW PROCESS
Proses-proses yang dijumpai dalam sistem keteknikan sangat bervariasi, mulai dari yang sangat sederhana sampai yang rumit. Dalam beberapa hal, proses yang rumit dapat disederhanakan menjadi bagian yang sederhana(dengan pengandaian-pengandaian). Turbin, kompresor dan nozle beroperasi untuk waktu yang lama dengan kondisi yang sama. Peralatan seperti itu diklasifikasikan sebagaisteady flow devices. Proses dari peralatan steady dapat dianalisis dengan suatu idealisasi proses yang disebut “steady flow process”. Steady flow process didefinisikan sebagai suatu proses di mana fluida mengalir dalam control volume secara steady. Hal ini berarti bahwa property dapat berubah dari titik ke titik di dalam control volume tetapi pada setiap titik selalu konstan selama proses.
Karakteristik steady flow process 1. Selama proses tidak ada property yang berubah terhadap waktu. Jadi volume V, massa m dan total energi E konstan. Akibatnya boundary work nol dan total massa dan energi yang masuk control volume sama dengan total massa dan energi yang keluar control volume. Dengan kata lain selama proses kandungan enegi dan massa dari kontrol volume tetap, tidak berubah terhadap waktu. 2. Selama proses sifat fluida di inlet dan outlet tidak berubah terhadap waktu 3. Interaksi energi (berupa panas dan kerja) antara sistem control volume dengan sekelilingnya tidak berubah terhadap waktu Proses dengan perubahan sifat-sifat fluida secara periodik dapat dianalisis sebagai steady flow process.
STEADY FLOW DEVICES 1.
Nozle dan diffuser
Nozle : menambah kecepatan fluida Difuser : menaikkan tekanan fluida dengan menurunkan kecepatan. Beberapa hal yang perlu diperhatikan
·         Q  0. Laju perpindahan panas antara fluida yang mengalir di dalam nozle atau difuser dengan sekeliling biasanya sangat kecil walaupun tidak diisolasi. Hal ini karena kecepatan fluida cukup tinggi sehingga tidak cukup waktu untuk terjadi transfer panas. Oleh sebab itu jika tidak ada data mengenai transfer panas, prosesnya dianggap adiabatik
·         W  0 Kerja di dalam nozle dan difuser nol karena hanya berupa bentuk penampang saluran.
·         Δke ≠ 0. Pada waktu fluida melewati nozle aatau difuser terjadi perubahan kecepatan yang besar sehingga perubahan energi kinetik harus diperhitungkan dalam analisis.
·         Δpe = 0. Biasanya tidak terdapat perbedaan elevasi, sehingga faktor energi potensial dapat diabaikan.
Turbin dan kompresor
Di dalam steam power plants peralatan yang menggerakkan generator adalah turbin. Fluida masuk kedalam turbin dan menggerakkan sudu-sudu sehingga memutar poros. Kerja yang dihasilkan turbin adalah positif karena dilakukan oleh fluida. Kompresor adalah alat untuk menaikkan tekanan fluida, seperti juga pompa dan fan. Fan menaikkan tekanan untuk menggerakkan udara sekitar. Kompresor untuk menaikkan tekanan gas menjadi tekanan yang sangat tinggi. Pompa sama seperti kompresor tetapi untuk fluida cair. Beberapa hal yang perlu diperhatikan
·         Q  0. Laju perpindahan panas kecil dibandingkan dengan kerja poros kecuali ada pendinginan, sehingga dapat diabaikan kecuali ada pendinginan.
·         W  0. Pada persoalan ini pasti ada kerja poros. Pada turbin berupa daya output, pada pompa dan kompresor berupa daya input.
·         Δke  0. Perubahan kecepatan fluida biasanya hanya menyebabkan perubahn energi kinetik yang tidak signifikan kecuali pada turbin.
·         Δpe = 0. Perubahan energi potensial biasanya kecil sehingga dapat diabaikan.
Throttling valves
Proses throttling terjadi bila aliran fluida mengalami kehilangan tekanan sewaktu melewati hambatan. Throttling valve menyebabkan penurunan tekanan (pressure drops) di dalam fluida. Pressure drops biasanya diikuti penurunan temperatur yang besar. Pada throttling valve biasanya diasumsikan adiabatik (q 0) karena tidak cukup waktu dan daerah untuk terjadinya perpindahan panas. Faktor kerja juga tidak ada (w  0). Perubahan energi potensial sangat kecil sehingga bisa diabaikan (Δpe  0). Meskipun kecepatan keluar lebih besar dari kecepatan masuk tetapi dalam banyak kasus perubahan energi kinetik tidak signifikan (Δke  0).
Sehingga persamaan kekekalan energi menjadi : h2  h1 (kJ/kg) (4.20) u2 + P2 v2 = u1 + P1 v1 atau energi dalam + flow enegi = konstan Enthalpy pada inlet dan exit sama, disebut proses isenthalpic. Jika flow work naik (P2v2 > P1v1) maka energi dalam akan turun dan diikuti turunnya temperatur. Jika flow work turun (P2v2 < P1v1) maka energi dalam dan temperatur naik.
Heat exchanger
Merupakan perlatan untuk menukar kalor. Di dalam heat exchanger tidak ada interaksi kerja (w = 0) dan perubahan energi kinetik serta energi potensial diabaikan (Δke  0, Δpe  0). Perpindahan panas tergantung bagaimana memilih control volumenya. Jika seluruh bagian dipilih sebagai control volume maka tidak terjadi perpindahan panas (Q  0). Tetapi jika hanya satu fluida yang dipilih sebagai control volume maka ada perpindahan panas dari satu fluida ke fluida yang lain (Q ≠ 0).

Tidak ada komentar:

Posting Komentar