Pertemuan 10 Analisis Massa & Energi Pada Control Volume (3) Thermodynamics: An Engineering Approach Seventh Edition in SI Units Yunus A. Cengel, Michael A. Boles McGraw-Hill, 2011 Pertemuan 10 Analisis Massa & Energi Pada Control Volume (3) Lecture Slide by: Yosua Heru Irawan

Objectives Menjelaskan prinsip konservasi massa Menerapka prinsip konservasi massa pada control volume Menerapkan prinsip konservasi energi (hukum termodinamika 1) pada control volume Menganalisis persamaan kesetimbangan energi pada nozzle, compressor, turbines, throttling valve, mixers, heater, heat exchanger, dll.

Turbines and Compressors Turbine menggerakkan generator listrik di pembangkit listrik tenaga uap, gas, atau hidroelektrik. Ketika fluida melewati turbin, kerja (work) dilakukan terhadap blade (sudu turbin), yang melekat pada poros. Akibatnya, poros berputar, dan turbin menghasilkan kerja. Kompresor, pompa dan kipas, adalah perangkat yang digunakan untuk meningkatkan tekanan fluida. kerja dipasok ke perangkat ini dari sumber eksternal melalui poros yang berputar. kipas meningkatkan sedikit tekanan fluida (gas) dan digunakan untuk menggerakan fluida (gas). Kompresor mampu menekan tekanan fluida (gas) hingga sangat tinggi. Pompa bekerja sama dengan kompresor, perbedaanya fluida yang ditangani bukan gas tapi cairan Persamaan kesetimbangan energy untuk contoh kompresor diatas:

TURBOJET WITH AXIAL FLOW COMPRESSOR

Contoh 5-6 Udara pada tekanan 100 kPa dan temperatur 280 K dikompresi secara steady menggunakan kompresor sampai mencapai keadaan tekanan 600 kPa dan temperatur 400 K. diketahui laju aliran massa udara 0,02 kg/s dan heat loss 16 kJ/kg. jika diasumsikan perubahan energi kinetic dan potensial diabaikan , hitunglah daya input yang diperlukan kompresor? Asumsi : Proses dteady (∆ 𝑚 𝐶𝑉 =0 𝑑𝑎𝑛 ∆ 𝐸 𝐶𝑉 =0) Udara diasumsikan gas ideal Perubahan energi kinetic dan potensial diabaikan (∆𝑘𝑒=∆𝑝𝑒=0)

Kompresor sebagai control volume karena massa bisa melewati boundary selama proses. Diketahui Kompresor hanya mempunyai 1 inlet dan 1 exit, kalor keluar dari sistem dan kerja dimasukan ke dalam sistem. Sehingga persamaan kesetimbangan energi nya menjadi: Dari table A-17 (property gas ideal (udara), didapat:

Subtitusikan property yang sudah diketahui !!!

Contoh 5-7 Daya output yang dihasilkan sebuah turbin uap (asumsi adiabatic) adalah 5 MW, keadaan inlet (1) dan exit (2) dapat dilihat pada gambar dibawah: Hitunglah ! 1. ∆ℎ, ∆𝑘𝑒 𝑑𝑎𝑛 ∆𝑝𝑒 2. kerja per unit massa yang dihasilkan ( 𝑤 𝑜𝑢𝑡 ) 3. Laju aliran massa uap

Asumsi : Proses aliran-steady (∆ 𝑚 𝐶𝑉 =0 𝑑𝑎𝑛 ∆ 𝐸 𝐶𝑉 =0) Sistem adiabatic (diasumsikan tidak ada perpindahan kalor) Turbin sebagai control volume karena massa dapat melewati boundary salama proses. Diketahui hanya ada masing2 satu inlet (1) dan exit (2). Kerja dilakukan oleh sistem, kecepatan inlet dan exit diketahui dan juga elevasi dari inlet dan exit juga diketahui. 1. Di inlet turbin, uap ada pada kondisi superheated, sehingga enthalpy nya dapat dicari: Pada exit turbin, uap ada pada keadaan mixture liquid-vapor pada 15 kPa, sehingga entaphy nya dapat dicari dg table A-5

2. kesetimbangan energy untuk proses aliran-steady:

3. laju aliran massa yang diperlukan untuk menghasilkan daya output 5 MW:

Kerjakan !!! Udara pada tekanan 100 kPa dan temperatur 𝒙 𝒐 𝑪 dikompresi secara steady menggunakan kompresor sampai mencapai keadaan tekanan 600 kPa dan temperatur 400 K. diketahui laju aliran massa udara 0,02 kg/s dan heat loss 16 kJ/kg. jika diasumsikan perubahan energi kinetic dan potensial diabaikan , hitunglah daya input yang diperlukan kompresor? Daya output yang dihasilkan sebuah turbin uap (asumsi adiabatic) adalah 5 MW, keadaan inlet (1) dan exit (2) dapat dilihat pada gambar disamping: Hitunglah ! 1. ∆ℎ, ∆𝑘𝑒 𝑑𝑎𝑛 ∆𝑝𝑒 2. kerja per unit massa yang dihasilkan ( 𝑤 𝑜𝑢𝑡 ) 3. Laju aliran massa uap x = 3 digit nim paling akhir