Pertemuan 9 Analisis Massa & Energi Pada Control Volume (1) Thermodynamics: An Engineering Approach Seventh Edition in SI Units Yunus A. Cengel, Michael A. Boles McGraw-Hill, 2011 Pertemuan 9 Analisis Massa & Energi Pada Control Volume (1) 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.

SYSTEMS AND CONTROL VOLUMES System: Sejumlah materi atau wilayah dalam ruang yang dipilih untuk dipelajari. Surroundings (lingkungan): Massa atau wilayah di luar sistem Boundary (batas): Permukaan nyata atau imajiner yang memisahkan sistem dari lingkungan The boundary of a system can be fixed or movable. Systems may be considered to be closed or open. Closed system (Control mass): Jumlah massa yang tetap, dan tidak ada massa yang dapat melintasi boundary (batas)

Open system (control volume): sebuah sistem membungkus perangkat yang melibatkan aliran massa seperti kompresor, turbin, atau nosel (massa dan energi dapat melintasi boundary) Control surface: Merupakan batas (boundaries) dari sebuah control volume (dapat berupa real boundary dan imaginary boundary)

CONSERVATION OF MASS Konservasi Massa: Massa sama seperti energy, adalah property yang terkonservasi dan tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan selama proses Closed systems: Massa sebuah sistem tetap konstan selama proses. Control volumes: Massa dapat melewati boundary (masuk dan keluar sistem), sehingga massa yang masuk dan keluar control volume harus diketahui. Massa m dan energy E dapat dikonversi satu sama lain dengan persamaan berikut: c iadalah kecepatan cahaya pada kondisi vaccum, c = 2.9979  108 m/s. Perubahan massa karena perubahan energy dapat diabaikan

Laju aliran massa & Laju aliran volume Mass flow rate Definition of average velocity Volume flow rate

Prinsip Konservasi Massa Prinsip konservasi massa pada control volume: Jumlah massa yang masuk ataupun keluar control volume selama selang waktu t sama dengan jumlah perubahan total massa pada control volume selama t Persamaan di atas disebut juga persamaan Kesetimbangan massa Dan dapat diaplikasikan pada semua sistem dengan control volume

the time rate of change of mass within the control volume plus the net mass flow rate through the control surface is equal to zero. General conservation of mass in rate form

Kesetimbangan massa untuk proses Aliran-Steady Selama proses aliran-steady, jumlah massa didalam control volume tidak berubah terhadap waktu (mCV = constant). Berdasarkan prinsip konservasi massa dapat dikatakan, jumlah total massa yang masuk control volume sama dengan jumlah massa yang keluar. Pada proses aliran-steady, kita lebih tertarik mempelajari jumlah massa yang mengalir per satuan waktu (laju aliran massa/ 𝑚 ). Multiple inlets and exits Single stream Beberapa komponen seperti nozzles, diffusers, turbines, compressors, and pumps hanya melibatkan single stream atau aliran tunggal (hanya ada satu inlet dan satu outlet).

Special Case: Aliran Incompressible Hubungan konservasi massa dapat disederhanakan jika fluida yang terlibat dalah incompressible (untuk kasus aliran cairan/liquids) Steady, incompressible Steady, incompressible flow (single stream) Persamaan menjadi lebih sedrhana karena fluida nya incompressible (density nya konstan/ρ=constant) ???

Contoh 5-1 Sebuah selang memiliki nozzle pada ujung nya digunakan untuk mengisi ember dengan kapasitas 10 gallon. Diameter selang 2 cm dan mengecil pada ujungnya 0,8 cm. untuk mengisi penuh ember dibutuhkan waktu 50 detik. Hitunglah ! a. laju aliran massa dan laju aliran volume melalui selang b. kecepatan rata-rata air pada exit selang yang berbentuk nozzle

Density air = 1000kg/ 𝑚 3 = 1 kg/L Asumsi : fluida incompressible, aliran-steady, tidak ada air yang terpercik keluar dari ember Density air = 1000kg/ 𝑚 3 = 1 kg/L a. b. Cari kecepatan rata-rata pada selang??? (cari luas area selang dulu)

Contoh 5-2 (5-5) ventilating fan pada sebuah ruangan mempunyai laju aliran volume 30L/s, jika kipas ini beroperasi secara terus menerus, hitung massa udara yang di sirkulasikan dalam 1 hari ! (density udara = 1,2 kg/ 𝑚 3 ) Asumsi : aliran-steady

Kerja & Energy Aliran dari Fluida yang mengalir Kerja aliran, atau energi aliran: Kerja (atau energy) yang dibutuhkan untuk mendorong massa masuk ataupun keluar control volume. Kerja ini diperlukan untuk mempertahankan aliran kontinu melalui control volume.

Total Energy of a Flowing Fluid Energi aliran masuk dalam definisi entalpi. h = u + Pv Total energi dari fluida yang tidak mengalir terdiri dari 3 bagian dan untuk fluida yang mengalir terdiri dari 4 bagian.

Perpindahan energi oleh Massa Jika energi kinetic dan energi potensial aliran diabaikan maka: Jika property massa di inlet dan outlet berubah terhadap waktu (aliran tidak steady):

Contoh 5-3 Uap keluar dari sebuah panci presto dengan kapasitas 4L dan tekanan kerja 150 kPa. Diketahui volume panci berkurang 0,6L selama 40 menit (pada kondisi steady). Jika luas area saluran keluar pada panci 8 𝑚 𝑚 2 , hitunglah ! a. Laju aliran massa dan kecepatan keluar uap ! b. total energi aliran uap per satuan massa ! c. Laju aliran energi yang keluar dari panci !

Asumsi : aliran steady, energi kinetic dan potensial diabaikan, proses pada kondisi saturasi (uap keluar panci adalah saturated vapor) a.

b. karena energi kinetic dan potensial diabaikan, maka: Coba hitung energi kinetic nya !!! c.