The first law of thermodynamics (control volume) Termodinamika The first law of thermodynamics (control volume)

Pendahuluan Kekekalan massa untuk volume kontrol Kekekalan energi untuk volume kontrol Analisa steady state (kondisi tunak) untuk volume kontrol

Pendahuluan - Analisa termodinamika untuk control volume Ada aliran massa yang masuk ke dalam dan keluar dari sistem Volume aturnya tetap dalam bentuk dan ukurannya massa dan energi (kerja dan panas) dapat melewati boundary Contoh: turbin, pompa, kompresor

Pendahuluan Control volume disebut juga sistem terbuka Control volume merupakan daerah suatu ruang yang akan dianalisa

Control volume Control surface Boundary dari suatu control surface Real boundary Imaginary boundary Steady  tidak ada perubahan terhadap waktu Unsteady atau transient Uniform  tidak ada perubahan lokasi

Prinsip kekekalan massa Total massa yang berpindah ke atau dari suatu sistem selama proses adalah sama dengan total perubahannya

Kesetimbangan laju aliran massa

Mass flow rate (laju aliran massa)

Bentuk kesetimbangan laju aliran massa Laju aliran massa untuk yang melalui suatu luasan A Laju aliran massa untuk aliran 1 dimensi

Bentuk kesetimbangan laju aliran massa Kondisi steady

Contoh Sebuah feedwater heater beroperasi pada kondisi steady memiliki 2 inlet dan 1 exit. Pada inlet 1 , uap air masuk pada tekanan p1 = 7 bar, T1 = 200C dengan laju aliran massa 40 kg/s. pada inlet 2, air pada p2 = 7 bar, T2 = 40C masuk melalui luasan A2 = 25 cm2. cair jenuh pada 7 bar keluar melalui exit 3 dengan laju aliran volume 0.06 m3/s. tentukan laju aliran massa pada inlet 2 dan exit (kg/h) dan kecepatan pada inlet 2 (m/s)

Air mengalir dari atas suatu tangki terbuka pada laju aliran massa konstan 7 kg/s. Air keluar melalui sebuah pipa dekat pada bagian dasar tangki dengan laju aliran massa 1.4L, dimana L merupakan ketinggian air (m). Luas dasar tangki 0.2 m2 dan massa jenis air 1000 kg/m3. Jika kondisi awal tangki kosong, plot variasi ketinggian air dengan waktu.

Kesetimbangan energi untuk control volume Ilustrasi kekekalan energi untuk control volume

Prinsip kekekalan energi untuk control volume Untuk 1 inlet 1 exit control volume pada aliran 1 dimensi

Laju kerja yang berhubungan dengan tekanan dengan fluida yang mengalir Dimana: pe tekanan pada exit Ae area pada exit, Ve adalah kecepatan pada exit

Laju kerja Dengan AV = 𝑚 v, maka Flow work

Kesetimbangan laju energi Dengan h = u+pv, maka laju kesetimbangan energi menadi

𝑄 𝑐𝑣 𝑚 dan 𝑊 𝑐𝑣 𝑚 Kesetimbangan energi dengan laju aliran massa Laju perpindahan energi persatuan massa yang bergerak melalui CV 𝑄 𝑐𝑣 𝑚 dan 𝑊 𝑐𝑣 𝑚

Nozzle dan diffuser How diesel fuel injector works? And how nozzle spray ? how nozzle works?.flv https://www.youtube.com/watch?v=EbjDH7fr_J8

Pada nozzle, gas atau cairan mengalir dengan luas area yang bervariasi sehingga kecepatan gas atau cairan akan meningkat searah dengan aliran tersebut Pada converging nozzle, luas area berkurang searah dengan alirannya Pada diffuser, gas atau cairan mengalami perlambatan pada arah aliran tersebut dan alirannya melalui area yang semakin luas

Turbin, merupakan peralatan yang menghasilkan kerja sebagai akibat dari aliran gas atau cairan melalui serangkaian blades yang dipasang pada poros untuk berputar. Turbin banyak digunakan untuk di pembangkit tenaga uap (vapor power plants), pembangkit tenaga gas turbin (gas turbine power plants) dan mesin pesawat (aircraft engines) Superheat steam atau gas masuk kedalam turbin dan berekspansi ke tekanan keluar yang lebih rendah sehingga ada kerja yang dihasilkan

Penggunaan turbin: Vapor power plant Gas turbine power plant Aircraft engines

Kompresor dan pompa Kompresor merupakan peralatan yang membutuhkan kerja untuk meningkatkan tekanan gas Pompa juga memerlukan kerja untuk mengubah kondisi cairannya

Reciprocating compressor Rotating compressor – axial flow

Rotating Centrifugal compressor

Rotating compressor - Roots type

Heat exchanger Peralatan yang digunakan untuk memindahkan energi antar fluida yang berbeda temperatur.

Direct contact HE Counterflow HE Paralel flow HE Crossflow HE

Throttling Digunakan untuk menurunkan tekanan gas atau fluida Digunakan pada katup (valve) atau porous

Throttling

Beberapa peralatan teknik yang mengalir secara steady nosel Difuser Turbin Kompresor Throttling valve Mixture chamber Heat exchanger

Nosel dan difuser Nosel: peralatan yang digunakan untuk menaikkan kecepatan fluida Difuser: peralatan yang digunakan untuk menaikkan tekanan fluida Q = 0 W = 0 Ek  0 Ep = 0

Turbin dan kompresor Turbin: peralatan yang dapat menggerakkan electric generator Kompresor: peralatan yang digunakan untuk menaikkan tekanan fluida Q = 0 W  0 Ek = 0 Ep = 0

Throttling valve Aliran fluida yang melalui katup ini mengalami penurunan tekanan Q = 0 W = 0 Ek = 0 Ep = 0

Mixture chamber Mencampur dua atau lebih aliran fluida Q = 0 W = 0 Ek = 0 Ep = 0

Heat exchanger Peralatan yang mengalirkan dua fluida tanpa terjadi pencampuran fluida Q = 0 W = 0 Ek = 0 Ep = (perhatikan boundary condition dari CV)