88905286 Neraca Energi Umum

1 Neraca Energi Umum, Sistem Terbuka dan Sistem Tertutup

NeracaEnergiUmum, Sistem Terbuka danSistemTertutup

Oleh : Ahmad Faisal, 1006660491, Kel.1

I. Neraca Energi secara Umum (Sistem Terbuka)

Secaraumumneracaenergidapatditulisaknsebagaiberikut :

{ akumulasienergi sistem}={energiditrasnfer

kedalam sistem }−{energi ditransferkeluar sistem }

+{ enegriterbangkitkan}−{ energi

terkonsumsi}Penurunan neraca energi suatu sistem aliran dapat direpresentasikan pada gambar dibawah

ini, dimana sistem aliran adalah sistem terbuka. Aliran masuk dan keluar memiliki properties

energi masing-masing, seperti energi dalam U, potensial E.P., dan kinetik E.K. Total energi

untuk ketiga properties tersebut akan menjadi m(U + 12

u2+zg). Apabila dimasukkan nilai

akumulasi dan energi lain, akan didapatkan persamaan neraca energi umum,

dEdt

=−∆[m(U+ 12

u2+zg)]+Q+W other

dimana nilai W other dapat berarti usaha yang terjadi pada sistem. Pada gambar ini, usaha yang

terjadi adalah usaha pada piston PV dan usaha sistem W, dan dengan pengertian H=U+PV,

persamaan diatas menjadi :

dEdt

=E2−E1=−∆[m(H+ 12

u2+zg)]+Q+W

Inilah yang dikatakan sebagai neraca energi secara umum, yang dapat diterapkan dan

divariasikan pada berbagai kondisi, seperti sistem tunak dan tak tunak.

Termodinaika


II. Neraca Energi untuk Sistem Tertutup

Pada sistem tertutup tidak ada aliran massa baik yang masukmaupun yang keluar sistem

sehingga kita hanya perlu menuliskan neraca energi sistem, sebagai berikut:

dEdt

=E2−E1=−∆[m(H+ 12

u2+zg)]+Q+W

dEdt

=E2−E1=Q+W

DimanaakumulasidEdt

dapatdijabarkansebagaiakumulasidarienergidalamsistem(∆U ),

potensialsistem(∆ P)danenergi kinetic sistem(∆ K ).Dimana∆ pada kondisi ini merupakan

perubahan karena waktu t 1ke t 2. Sehinggapersamaandiatasdapatditulissebagai :

∆ U+∆ P+∆ K=Q+W

Padakeadaanumumnyaakumulasipotensialdan kinetic

sangatkecildibandingdenganakumulasienergidalamnya,

sehinggadapatdiabaikan.Sehinggapadakondisiini, persamaanneracaenerginyaadalah :

∆ U=Q+W

Oleh karena itu dapat ditarik kesimpulan, dimana pada sistem

tertutup akumulasi energihanya berasal dari perpindahan kalor dan

transfer usaha saja. Perpin/dahan kalor terjadi apabila ada

perbedaan suhu antara sistem dan lingkungan dan juga antar muka

sistem dan lingkungan tidak bersifat adiabatik. Sedangkan kerja

mekanik tidak berharga nol apabila pembatas (boundary) sistem

berubah bentuknya sehingga sistem menghasilkan atau menerima

kerja yang disebut sebagai kerja PV. Selain itu, dapat terjadi bila

sistem menghasilkan akan menerima kerja melalui poros yang

berputar atau melalui sistem mekanik

lainsepertipenggunaanpompakondensorataupunalat-alatlainnya.

Termodinaika

Gambar 1. Gambar skematis kontrol volume dengan satu aliran masuk dan keluar

Gambar 2. Contoh Sistem Tertutup


III. Neraca Massa untuk Sistem Terbuka

Pada sistem terbuka terdapat aliran masuk dan keluar pada sistem, contohnya pada gambar

skema dibawah ini, sehingga secara umum persamaan yang digunakan

ialahpersamaanumumneracaenergipadabagian I :

Gambar 3.ContohSistem Terbuka

dEdt

=E2−E1=−∆[m(H+ 12

u2+zg)]+Q+W

Dalamsistemterbukabiasanyaditemukanbeberapakondisikhususseperti :

1. Sistembekerjadalam proses steady state

Proses Steady State, artinyatidakadaakumulasienergipadasistemsehinggadEdt

=0,

makapersamaandiatasdapatdisederhanakanmenjadi :

∆ [m(H +12

u2+zg)]=Q+W

2. Sistem steady state danadiabatik

Pada Proses iniartinya, sistemdibuatsedemikianrupasehinggatidakadakalor yang

lepaskeluarataumasukmelewatibatas boundary, sehinggaQ = 0

∆ [m(H +12

u2+zg)]=W

Termodinaika


Contohsoal :

Pencampuran aliran air (15oC) dengan aliran uap air jenuh pada 350 kPa menghasilkan air

panas dengan laju 4 kg/s pada suhu 80oC. Jika pencampuran berlangsung secara tunak dan

adiabatik pada tekanan 350 kPa, hitunglah laju alir air dan uap air ke dalam bejana

pencampuran.

Petunjuk :Anggaplah entalpi cairan terkompresi sama dengan entalpi cairan jenuhnya

(abaikan pengaruh tekanan pada entalpi)

Jawab :

Neracamassa→ m1+m2=m3→ m1+m2=4

NeracaEnergi

dEdt

=E2−E1=−∆[m(H+ 12

u2+zg)]+Q+W

Kondisitunak,

Adiabatic

Ketinggian yang dianggapsama

Tidakadausaha yang dilakukanpadasistem

Kecepatanmasukdibuatsedemikianrupasehinggasamadengankecepatankeluar

makapersamaaneracaenerginyaadalah :

∆ [ m ( H ) ]=0→m1 H1+m2 H2=mout Hout

Dari tabeluap air:

H 1=2731.6 kJ / kg

H 2(150 C)=62.9kJ /kg

H 3(800C)=334.9 kJ /kg

Termodinaika


Dari neracamassadidapat :

m1=4−m2

Sehingga :

4 (334.9)– [(4−m1)(62.9) ] – (2731.6)m1=0

1339.6−(251.6−62.9 m1 )−2731.6 m1=0

1088+62.9m1−2731.6 m1=0

2668.7 m1=1088

m1=0.4077 kg/ s

Dengandiketahuim1makanilaim2dicaridenganpersamaan :

m1+m2=4

0.4077+m2=4

m2=3.5923 kg /s

DAFTAR PUSTAKA

Moran, M.J., and H.N Shapiro. 2004. Fundamentals of Engineering Thermodynamics, 5nded. New York : Wiley.

Smith, J.M., van Ness, H.C., and M.M. Abbott. 1996. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 5th ed. New York : McGraw-Hill

Termodinaika

88905286 Neraca Energi Umum

Documents

Transcript of 88905286 Neraca Energi Umum