TERMODINAMIKA TEKNIK HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA BAGI VOLUME ATUR. Chandrasa Soekardi, Prof.Dr.Ir. 1 Sistem termodinamika volume atur

Transkripsi

1 TERMODINAMIKA TEKNIK Modul ke: HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA BAGI VOLUME ATUR Chandrasa Soekardi, Prof.Dr.Ir Fakultas 03TEKNIK Program Studi Teknik Mesin 1 Sistem termodinamika volume atur 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

2 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.

3 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 Aliran fluida keluar dari sistem dengan mengangkut sejumlah energi sebesar E 2 dq Input energi mekanik (kerja), W Di dalam sistem, energi fluida berubah selama selang waktu tertentu, Dari dalam sistem, terdapat kerugian energi panas sebesar dq dan kerugian karena gesekan sebesar Aliran Fluida masuk E1 Aliran fluida tertentu masuk ke dalam sistem dengan mengangkut sejumlah energi sebesar E 1

4 1. Sistem termodinamika volume atur Perpindahan Energi dalam bentuk Kerja Aliran keluar, E2 sistem volume atur Input energi mekanik (kerja), W dq Perpindahan massa aliran fluida Aliran Fluida masuk E1

5 Kesetimbangan energi, hk. 1 Termodinamika Aliran keluar, E2 sistem volume atur Input energi mekanik (kerja), W dq Aliran Fluida masuk E1 (jumlah energi masuk ke dalam sistem) (perubahan energi di dalam sistem) (jumlah energi keluar dari sistem E1 + W E2 + dq +

6 2. Sistem volume atur yang menghasilkan Kerja Aliran Fluida panas, E1 dq Sistem Menghasilkan Kerja/Daya Kerja/Daya yang dihasilkan, Wp Aliran fluida keluar, E2 (jumlah energi masuk ke dalam sistem) (perubahan energi di dalam sistem) (jumlah energi keluar dari sistem E1 Wp + E2 + dq +

7 4. Sistem volume atur untuk proses pendinginan fluida Aliran fluida yg sudah lebih dingin, E2 dq Alat Pendingin Panas yang musti dilepas Qp Aliran fluida panas, E1 (jumlah energi masuk ke dalam sistem) (perubahan energi di dalam sistem) (jumlah energi keluar dari sistem E1 Qp + E2 + dq +

8 Contoh Penerapan 1. Uap air panas bertekanan 2 MPa bertemperatur sekitar 350 o C, 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 J/s, maka perkirakan besarnya kerja dan daya poros yang dihasilkan oleh turbin tersebut. Wp Prinsip kekekalan energi : E 1 E 1 = () + Wp + E 2 + dq + de f de f Asumsi : dq E 2 aliran stasioner, sehingga () = 0 dianggap kecil dq diketahui = J/s oleh karena itu : Wp = E1 E2 - dq

9 W E 1 de f 3. kerja yang dihasilkan turbin, Wp: Wp = E1 E2 dq dq Wp = (h 1 h 2 )+½ (v 12 - v 22 ) + g (Z 1 Z 2 ) dq E 1 1. Prinsip kekekalan energi : = () + W + E 2 + dq + de f E 2 2. Asumsi : -aliran stasioner, sehingga () = 0 - dianggap kecil -dq diketahui = J/s oleh karena itu : W = E1 E2 - dq -diketahui bahwa : h 1 = 3000 kj/kg, v 1 = 60 m/s, Z 1 = 8 m h 2 = 2500 kj/kg, Z 2 = 2 m, v 2 = 180 m/s dq = J/s, atau = ( J/s / 2 kg/s ) dq = J/kg Maka Besarnya kerja, Wp dapat dihitung Daya = (kerja, Wp) x (laju aliran massa fluida)

10 Daftar Pustaka 1. Cengel, Yunus A. & Boles, Michael A., Thermodynamics: An Engineering Approach, New York, McGraw-Hill, Reynolds, William C. & Perkins, Henry C., Engineering Thermodynamics, New York, McGraw-Hill, 1987

11 Terima Kasih Chandrasa Soekardi, Prof.Dr.Ir