Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

O P E N S Y S T E M A. Agung Putu Susastriawan., ST., M.Tech.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "O P E N S Y S T E M A. Agung Putu Susastriawan., ST., M.Tech."— Transcript presentasi:

1 O P E N S Y S T E M A. Agung Putu Susastriawan., ST., M.Tech

2 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND Objectives: Mahasiswa dapat mengerti dan memahami konsep kekekalan massa (conservation of mass principle). Mahasiswa mengerti akan transport energy untuk flowing fluid. Mahasiswa dapat menyelesaikan persamaan keseimbangan energy untuk steady flow device.

3 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND YES OPEN SYSTEM Open system/sistem terbuka disebut pula dengan Control Volume. Massa dan Energy (heat & work) dapat melewati boundary dari sistem. ada aliran massa yang menyebabkan adanya flow energy (nozzle, difusser, compressor, turbine). Boundary control volume disebut dengan control surface.

4 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND Control Surface real dan imaginer Fix dan moving Control Surface Contoh Open System

5 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND 5.1. Conservation of Mass Massa adalah conserved property Tidak dapat dimusnahkan atau dihilangkan selama proses berlangsung Contoh: Mass Flow rate: ρ = massa jenis fluida (kg/m 3 ) A = cross sectional area (m 2 ) v = kecepatan rata-rata (m/s) adalah jumlah massa yang mengalir per satuan waktu (kg/s)

6 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND Volume Flow rate laju kapasitas aliran adalah volume yang melalui luasan penampang per satuan waktu (m 3 /s) Mass flow rate dan Volume flow rate relation atau Mass Flow rate: dengan

7 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND Conservation of Mass Principle “ The net mass transfer to or from a control volume during a time interval Δt is equal to the net change (increase or decrease) in the total mass within the control volume during Δt ”. untuk Steady Flow Process → (dm cv /dt =0).

8 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND Mass Balance untuk Single Inlet-Exit Steady Flow Process massa adalah conserved tetapi tidak dengan volume  Steady Incompressible Fluid  Steady Compressible Fluid (1)= inlet (2)= exits

9 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND 5.2. Flow Work & Energy dari Flowing Fluid Flow work diperlukan untuk menjaga kelangsungan aliran melalui control volume. Flow work per unit massa: (kJ/kg) P = Pressure/tekanan (kPa) ν = specific volume fluida (m 3 /kg) flow work disebut juga Flow Energy atau Transport Energy.

10 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND Energy dari flowing fluid dalam mass basis: θ=P ν + u + ke + pe dengan: P ν + u = h maka: Jumlah total energy yang ditransfer oleh massa (m): (kJ/kg) (kJ) Laju total energy yang ditransfer oleh mass flow rate ( ) (kW)

11 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND 5.3. Energy Analysis of Steady Flow Devices steady flow devices dianalisa dengan idealisasi proses, yaitu steady flow process Contoh engineering steady flow devices: Diffuser, Nozzle, Kompressor, Turbine, Assumsikan sebagai Control Volume massa m, dan energy total E adalah constant Tidak ada property yang berubah terhadap waktu didalam control volume.

12 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND The first law atau energy balance relation untuk general steady flow process: Untuk single stream (satu inlet dan satu outlet) Dalam mass basis Bagaimana satuan????

13 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND Courtesy: a Pratt & Whitney PW4084 turbofan capable of producing 84,000 pounds (373.7 kN) of thrust. It is 4.87 m (192 in.) long, has a 2.84 m (112 in.) diameter fan, and it weighs 6800 kg (15,000 lbm). Jet Engine Main Component

14 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND Contoh Steady flow devices pada Jet Engine Diffuser Nozzle CompressorTurbine

15 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND 1. Nozzle & Diffuser Nozzle untuk menaikkan kecepatan Diffuser untuk menurunan kecepatan

16 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND Akselerasi Steam pada Nozzle. Superheated water (4 MPa dan C) masuk sebuah nozzle dengan kecepatan 100 m/s. Saat keluar nozzle kondisi steam adalah 1 MPa dan C. Jika luas penampang inlet adalah 30 cm 2, maka tentukan: a.Mass flow rate dari steam b.Kecepatan steam saat keluar nozzle c.Luas penampang dari nozzle exit Contoh: Steam P 1 = 4 MPa T 1 = C P 2 = 1 MPa T 1 = C

17 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND P 1 = 3 MPa T 1 = C A 1 = 30 cm 2 v 1 = 100 m/s Solusi: Diketahui: Ditanyakan: Schematic: P 2 = 1 MPa T 2 = C Steam P 1 = 4 MPa T 1 = C P 2 = 1 MPa T 2 = C, (v 2 ), (A 2 ) = ???

18 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND Hitungan:  Property steam di inlet dan exit (Table A-6) P 1 = 4 MPa T 1 = C Inlet (state 1) ν 1 = m 3 /kg h 1 = kJ/kg P 1 = 1 MPa T 1 = C Exit (state 2) ν 2 = m 3 /kg h 2 = kJ/kg a.Mass flow rate:

19 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND  Energy balance untuk steady flow device adalah: Steady flow device (no change with time) Perubahan energy potential diabaikan Tidak ada work dan heat interaction

20 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND b.Kecepatan Steam pada Nozzle Exit v 2 = 372 m/s c.Luas Penampang Exit

21 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND 2.Deceleration Udara pada Diffuser. Udara pada 10 0 C dan 80 kPa masuk diffuser dari sebuah jet engine dengan kecepatan 200 m/s. Luas inlet diffuser adalah 0.4 m 2. Udara meninggalkan diffuser dengan kecepatan yang sangat kecil dibandingkan dengan saat masuk diffuser sehingga dapat diabaikan. Tentukan: a.Tentukan laju aliran massa udara tersebut b.Temperature udara saat keluar diffuser

22 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND Solusi: Diketahui: Ditanyakan: Schematic: T 1 = 10 0 C, P 1 = 80 kPa, V 1 = 200 m/s, A 1 = 0.4 m 2, T 2 = ???

23 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND Hitungan:  Terlebih dahulu kita perlu mengetahui specific volume dari udara. Kita gunakan persamaan gas ideal untuk menentukan specific volume udara di inlet: Selanjutnya: (jawab)

24 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND  Untuk steady flow process untuk Q=0, W=0, dan Δpe≈0, maka persamaan keseimbangan energy menjadi: h 1 ditentukan dari table A-17 untuk kondisi 283 K, dan didapatkan: h 1 = h 283 K = kJ/kg selanjutnya: Akhirnya dari table A-17 T 2 = kJ/kg = 303 K (jawab)

25 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND 2. Kompresor dan Turbin Kompresor digunakan untuk menaikkan tekanan fluida (gas) dengan proses kompresi. Daya input dari motor sebagai penggerak poros kompresor. Sedangkan turbin digunakan untuk mengubah energy aliran (flow energy) menjadi daya putar poros.

26 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND Contoh: 3.Kompresor. Udara dengan tekanan 100 kPa dan temperature 280 K dikompresi hingga 600 kPa. Akibat kompresi ini, temperature udara juga naik menjadi 400 K. Massa laju aliran udara 0.02 kg/s, dan heat loss diketahui 16 kJ/kg selama proses. Dengan asumsi energy kinetic dan energy potensial diabaikan, serta udara adalah gas ideal, tentukan daya yang diperlukan oleh kompresor

27 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND Solusi: Diketahui: Ditanyakan: Schematic: = ??? P 1 = 100 kPa, T 1 = 280 K, P 2 = 600 kPa, T 2 = 400 K,

28 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND Hitungan:  Enthalpy udara ditentukan dari property table A-17 h 1 = K = kJ/kg h 2 = K = kJ/kg  Dari Persamaan energy, work input menjadi: (jawab)

29 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND 4.Turbine. Daya keluaran turbin uap adiabatic adalah 5 MW. Kondisi uap pada inlet dan exit turbine seperti pada gambar, maka tentukan: a.Besarnya Δh, Δke, dan Δpe. b.Kerja yang dihasilkan oleh turbin per unit massa uap c.Laju aliran massa uap

30 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND Solusi: Diketahui: Ditanyakan: = ??? Steam pada turbine (kondisi pada gambar), Δh, Δke, 2Δpe, w out, Hitungan:  Pada turbine inlet (superheated vapor): P 1 = 2 MPa T 1 = C → h 1 = kJ/kg(Table A-6)

31 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND  Pada turbine exit (sat. liquid-vapor mixture): P 2 = 15 kPa → h f = kJ/kg(table A-5) h fg = kJ/kg sehinga enthalpy pada turbin exit menjadi: h 2 = h f + x h fg = (2373.3) = kJ/kg a.Δh, Δke, Δpe menjadi: Δh = h 2 – h 1 = – = kJ/kg

32 Opened System Teknik Mesin-IST. AKPRIND b.Work output turbine per unit massa steam adalah: c.Steam mass flow rate yang diperlukan untuk output 5 MW adalah:


Download ppt "O P E N S Y S T E M A. Agung Putu Susastriawan., ST., M.Tech."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google