makalah termo angga

7/26/2019 makalah termo angga

http://slidepdf.com/reader/full/makalah-termo-angga 1/16

3.3 NON-FLOW WORK AND FLOW WORK

3.3.1 Sistem Termodinamika

Terdapat dua jenis sistem termodinamika, yaitu sistem tertutup dan

sistem terbuka, yang digambarkan sebagai berikut :

Pada sistem tertutup yang melintasi garis batas (boundary layer)

hanyalah aliran panas (kalor) dan keja saja, sedangkan pada sistem terbuka,

fuida kerja (subtansi kerja) juga melintasi batas dari sistem. Dalam analisis

termodinamika, pada sistem tertutup biasanya digunakan massa atur

(control mass) dan pada sistem terbuka digunakan volume atur (control

volume).

Perubahan keadaan pada fuida kerja, menunjukkan prosestermodinamika. Proses termodinamika terbagi dalam dua proses dasar,

proses dengan aliran ( fow-processes ) dan proses tanpa aliran ( non-fow

Processes). istem tertutup disebut non-fow processes, dan persamaan

pokok yang berlaku adalah hukum termodinamika pertama. !ntuk proses

sistem terbuka atau disebut dengan fow-process, dan ketentuan pokok yang

berlaku adalah persamaan energi aliran mantap (steady fow energy

equation)

3.3.2 FLOW PROCESSES PROSES DEN!AN AL"RAN#

Dalam persoalan yang menyangkut adanya aliran massa ke"dari sistem

maka sistemnya terbuka (control volume). Dengan demikian, fuida kerja

mele#ati batas dari sistem.

Tingkat keadaan termodinamika suatu sitem pada suatu saat tertentu

dinyatakan dengan si$at%si$at termodinamikanya, baik si$at intensi$ ataupun



si$at ekstensi$. i$at ekstensi$ dari suatu sistem tidak bergantung pada

ukuran sistem, sebagai contoh adalah tekanan, temperatur. i$at ekstensi$

tergantung dari ukuran sistem, contohnya adalah volume &, energi dalam !,

entalpi ', entropi , dan lain sebagainya. i$at ekstensi$ dapat diubah

menjadi seolah%olah bersi$at ekstensi$ dengan cara membaginya dengan

ukuran sistem tersebut (biasanya massa), sehingga dikenal dengan volumespesik v, entalpi h, entropi s, energi dalam u, dan lain sebagainya.

alor yang ditambahkan keadaan sistem dinyatakan dengan * dan

berharga positi$, dan kerja yang dilakukan oleh sistem juga positi$ dinyatakan

dengan +. 'arga spesiknya per satuan massa fuida kerja disebut dengan

dan #.

Flow-process dapat dibagi menjadi proses aliran mantap (steady fow)

dan proses aliran tak mantap (non-steady fow). Pada kebanyakan proses

yang kontinyu, terdapat $ase dimana proses adalah tak mantap, yaitu pada

saat proses dimulai. etelah beberapa #aktu, sistem akan mencapaikeadaan mantap. -ontohnya : #ater heater, radiator mobil, turbin,

komressor, nole dll. Tidak ada aturan mengenai bagaimana memilih sistem,

tetapi yang penting adalah pemilihan tersebut dapat memudahkan analisis.

/isalkan akan dianalisis aliran udara melalui nole, maka pemilihan

sistemnya adalah didalam nole. 0apos batas dari control volume disebut

control surace, dapat riil ataupun imajiner. Dalam kasus nole misalnya,

maka permukaan dalam dari nole adalah lapis batas yang riil, sedangkan

daerah masuk dan keluarnya aliran adalah lapis batas imajiner karena tidak

ada bentuk sik sesungguhnya. -ontrol vo1ume dapat tetap ( bentuk dan

ukurannya) maupun dapat mengandung moving boundary.



2eberapa istilah

3 steady : tidak berubah terhadap #aktu, la#an katanya unsteady"transient.

3 !ni$orm : tidak berubah terhadap tempat

Prinsi$ kekeka%an massa

Prinsip kekekalan massa untuk control volume

4tau5mi 6 5me 7 8m-& .... (9.)

ubscipts : i : inlet (masuk)

e : e;it (keluar)

-& : control volume

La&' a%iran massa dan (o%'me

0aju aliran massa adalah jumlah massa yang melalui suatu penampangtiap satuan #aktu, diberi simbol m.

m 7 < &av 4 (kg"s) .... (9.=)

& 7 &av 4 (m9"s) .... (9.9)

m 7 < & .... (9.>)



< : densitas, kg"m9

&av : kecepatan rata%rata fuida, normal terhadap 4, m"s

4 : luas penampang saluran, m

=

!ntuk penyerderhanaan dihilangkan subscript pada kecepatan rata%

rata, &av menjadi &.

Kekeka%an ener)i

4tau

* 6 + ? 5 @in % 5 @out 7 8 @-& .... (9.A)

FLOW WORK Blo# #ork adalah energi yang diperlukan untuk mendorong fuida

masuk atau keluar dari control volume, merupakan bagian dari energi yang

diba#a oleh fuida.

ita tinjau gambar di atas.



Cika tekanan fuida P, luas penampang saluran 4, maka gaya yang bekerja

pada elemen fuida oleh piston imajiner adalah :

B 7 P 4 .... (9.)

!ntuk memasukkan seluruh elemen fuida ke dalam control volume maka

gaya akan bekerja masuk ke dalam control volume :

+fo# 7 B 0 7 P 4 0 7 P & (kC) .... (9.E)

Dalam basis massa

+fo# 7 P v (kC"kg) .... (9.F)

Tota% ener)i $ada a%iran *'ida

Dalam basis massa

G 7 h ? ke ? pe 7 h ? h ? (&= " =) ? g (k"kg) .... (9.H)

dengan menggunakan enthalpy bukan energi dalam, maka tidak perlu lagi

memperhitungkan fo# #ork.

Stead+ F%o, Proess

Proses%proses yang dijumpai dalam sistem keteknikan sangat mulai

dari yang sangat sederhana sampai yang rumit. Dalam beberapa hal, proses

yang rumit dapat disederhanakan menjadi bagian yang sederhana (dengan(pengandaian%pengandaian). Turbin, kompresor dan nole beroperasi untuk

#aktu yang lama dengan kondisi yang sama. Peralatan steady dapat

dianalisi dengan suatu idealisasi proses yang disebut Isteady fow process”.

teady fo# process didenisikan sebagai suatu proses dimana fuida

mengalir dalam control volume secara steady. 'al ini berarti bah#a property

dapat berubah dari titik selalu konstan selama proses.



arakteristik steady fo# process

. elama proses tidak ada property yang berubah terhadap #aktu. Cadi

volume &, massa m dan total energi @ konstan. 4kibatnya boundary

#ork nol dan total massa dan energi yang masuk control volume sama

dengan total massa dan energi yang keluar control volume. Dengankata lain selama proses kandungan energi dan massa dari control

volume tetap, tidak berubah terhadap #aktu.

=. elama proses si$at fuida di inlet dan outlet tidak berubah terhadap

#aktu.

9. Jnteraksi energi (berupa panas dan kerja) antara sistem control volume

dengan sekelilingnya tidak berubah terhadap #aktu.

Proses dengan perubahan si$at%si$at fuida secara periodik dapat dianalisis

sebagai steady fo# process.

Kekeka%an massa

Di dalam steady fow device lebih dipentingkan laju aliran massanya

dibandingkan jumlah total massa masuk atau keluar sistem. Prinsip

kekekalan massa dapat dituliskan menjadi :

4tau :

5 mi 7 5 me .... (9.K)

2ila hanya ada (satu) aliran masuk dan (satu) aliran keluar maka :

m 7 m= 7 m .... (9.)

atau < & 4 7 <= &= 4= .... (9.=)

atau ("v=) & 4 7 ("v=) &= 4= .... (9.9)



< 7 densitas, kg"m9

v 7 volume jenis, m9"kg

& 7 kecepatan rata%rata, m"s4 7 luas penampang

Kekeka%an ener)i

4tau

* 6 # 7 5 me Ge % 5 mi Gi .... (9.>)

4tau

.... (9.A)

!ntuk aliran tunggal

.... (9.)

4tau * 6 + 7 m ( 8h ? 8ke ? 8pe ) (k+) .... (9.E)

Dalam basis massa

.... (9.F)

4tau 6 # 7 8h ? 8ke ? 8pe (kC"kg) .... (9.H)



Stead+ F%o, De(ies

1. No%e dan di/'ser

Lole : menambah kecepatan fuida

Di$user : menaikkan tekanan fuida dengan menurunkan kecepatan.2eberapa hal yang perlu diperhatikan.

• * M K. 0aju perpindahan panas antara fuida yang mengalir didalam

nole atau di$user dengan sekeliling biasanya sangat kecil #alaupun

tidak diisolasi. 'al ini karena kecepatan fuida cukup tinggi sehingga

tidak cukup #aktu untuk trans$er panas, prosesnya dianggap

adiabatik.

• + M K. erja didalam nole dan di$user nol karena hanya berupa

bentuk penampang saluran.

• 8ke N K. Pada #aktu $luida mele#ati nole atau di$user terjadi

perubahan kecepatan yang besar sehingga perubahan energi

kinetik harus diperhitungkan dalam analisis.

• 8pe N K. 2iasanya tidak terdapat perbedaan elevasi, sehingga

$aktor energi potensial diabaikan.

=. T'r0in dan kom$ressor.



Di dalam steam power plants peralatan yang menggerakkan

generator adalah turbin. Bluida masuk kedalam turbin dan menggerakkan

sudu%sudu sehingga memutar poros. erja yang dihasilkan turbinadalah

positi$ karena dilakukan oleh fuida.

ompresor adalah alat untuk menaikkan tekanan fuida, seperti juga

pompa dan $an. Ban menaikkan tekanan untuk menggerakkan udara sekitar.

ompresor untuk menaikkan tekanan gas menjadi tekanan yang sangat

tinggi. Pompa sama seperti kompressor tetapi untuk fuida cair.

2eberapa hal yang perlu diperhatikan.

• * M K. 0aju perpindahan panas kecil diabndingkan dengan kerja

poros kecuali ada pendingina, sehingga dapat diabaikan kecuali ada

pendinginan.

• + N K. Pada persoalan ini pasti ada kerja poros. Pada turbin berupa

daya output, pada pompa dan kompressor berupa daya input.

•

8ke N K. Perubahan kecepatan $luida biasanya hanya menyebabkanperubahan energi kinetik yang tidak signikan kecuali pada turbin.

• 8pe 7 K. Perubahan energi potensial biasanya kecil sehingga dapat

diabaikan.

3. iin) am0er

/i;ing chamber digunakan untuk mencampur dua atau lebih aliran

fuida. /i;ing chamber biasanya disiolasi dengan baik ( M K ) dan

tidak ada kerja ( # M K ). Perubahan energi kinetik maupun energi

potensial biasanya diabaikan ( 8pe M K, 8ke M K ).

2entuk persamaan kekekalan energi menjadi :

5 mi hi 7 5 me he

ekekalan massa :

5 mi 7 5 me



4nstead+ F%o, Proess

Dalam unsteady fo# process terjadi perubahan si$at%si$at perubahan

terhadap #aktu.

Kekeka%an massa

4tau

5mi 6 5me 7 8m-& .... (9.=)

4tau 5mi 6 5me 7 (m= 6 m)cv .... (9.==)

ubscipts : i : inlet (masuk)

e : e;it (keluar)

: initial state (keadaan a#al)

= : nal state ( keadaan akhir)

-& : control volume

Dalam persatuan #aktu :

.... (9.=9)

Kekeka%an ener)i

4tau

.... (9.=>)



Total trans$er energi oleh massa yang masuk atau keluar sistem tidak mudah

untuk ditentukan karena selalu berubah ( tergantung pada #aktu). arena

itu untuk menentukan dilakukan penjumlahan dengan elemen massa yang

kecil (di$$erensial massa). Total energi yang diba#a elemen massa Om

adalah G Om.

ehingga :

4tau

.... (9.=A)/aka :

( kC) .... (9.=)

!ntuk menyelesaikan bentuk integrasi di atas maka harus diketahui

bagiamana perubahan massa pada inlet dan outlet selama proses.

4ni/orm-*o, $roess

/erupakan bentuk penyederhanaan dari !nsteady fo# process.

. eadaan control volume !ni$orm. eadaan didalam control volume

dapat berubah terhadap #aktu tetapi perubaan itu seragam.

=. i$at%si$at fuida pada inlet dan outlet dapat berbeda tetapi aliran fuida

pada inlet dan outlet uni$orm dan steady. Cadi si$at%si$atnya tidak

berubah terhadap #aktu maupun posisi.



.... ( 9.=E)

.... (9.=F)

3.3.3 NON-FLOW PROCESSES PROSES TANPA AL"RAN#

istem tertutup disebut non-fow processes ( proses tanpa aliran), dan

persamaan pokok yang berlaku adalah hukum termodinamika pertama.

istem tertutup digunakan untuk sistem dengan materi tetap, tidak

terjadi aliran materi antara sistem dengan lingkungan. Prinsip dasar dari

sistem tertutup yaitu batas sistem tidak dapat ditembus oleh materi tetapi

dapat ditembus panas dan kerja.

massa tidak bisa keluar masuk batas. /eski demikian, energi bisa saja

keluar masuk batas. -ontoh sistem tertutup adalah udara yang dilingkupi

oleh sebuah tabung tertutup. 2atas pada sistem tertutup tidak selalu harus

;ed. 2isa saja batas pada sebuah sistem tertutup berubah%ubah (moving).

-ontohnya: udara pada silinder berpiston dimana pistonnya bisa bergerakdidalam silinder.



2ahasan tentang sistem tertutup lebih diarahkan untuk melihat

bagaimana perubahan dari kondisi setimbang a#al dan kondisi setimbang

akhir. 4tas dasar si$at termal batas sistem dapat dikenal kondisi khusus

untuk sistem tertutup yaitu sistem terisolasi. istem dengan batas sistem

yang bersi$at tidak meneruskan energi (kalor dak kerja) didenisikan sebagai

sistem terisolasi.

istem tertutup 6 energi dapat keluar masuk sistem, namun massa

tidak. istem tertutup terdiri atas suatu jumlah massa yang tertentu dimana

massa ini tidak dapat melintasi lapis batas sistem. Tetapi, energi baik dalam bentuk

panas (heat ) maupun usaha (wor ) dapat melintasi lapis batas sistem tersebut.

Dalam sistem tertutup, meskipun masssa tidak dapat berubah selama proses

berlangsung, namun volume dapat saja berubah disebabkan adanya lapis batas

yang dapat bergerak (moving !oundary ) pada salah satu bagian dari lapis batas

sistem tersebut.

ebagaimana gambar sistem tertutup disamping, apabila panas diberikankepada sistem (*in), maka akan terjadi pengembangan pada at yangberada didalam sistem. Pengembangan ini akan menyebabkan piston akanterdorong ke atas (terjadi +out ).



arena sistem ini tidak mengiinkan adanya keluar masuk massa kedalamsistem (massa selalu konstan) maka sistem ini disebut juga dengan controlmass.

uatu gas di dalam silinder tertutup dengan piston (penghisap) yang

dapat bergerak bebas tanpa gesekan. Pada saat gas memuai, piston akanbergerak naik sejauh 8s . 4pabilaluas piston ", maka usaha yang dilakukan

gas untuk menaikkan piston adalah gaya F dikalikan jarak 8s . aya yang

dilakukan oleh gas merupakan hasil kali tekanan P dengan luas piston ",

sehingga:

# 7 F . 8s# 7 P.". 8s

karena ". 8s 7 8$ , maka:

# 7 P. 8$

(as dalam silinder tertutup

melakukanusahaterhadaplingkungan)

eterangan:

+ 7 usaha (C)

P 7tekanan tetap (L"m=)

& 7 volume a#al (m9)

&= 7 volume akhir (m9)

!ntuk gas yang mengalami perubahan volume dengan tekanan tidak

konstan, maka usaha yang dilakukan sistem terhadap lingkungandirumuskan:

d# 7 F.d

% F.P." ds

d# 7 P d$

W 5 P6W 5 P622 77



Cika volume gas berubah dari $ menjadi $ =, maka:

P (?) maka # (? Q sistem melakukan usaha terhadap lingkungan) bila

gas memuai atau berekspansi atau volume bertambah ($ =R$ ) atau

arah lintasan proses kekanan .

P (6) maka # (6 Q sistem menerima usaha dari lingkungan) bila gas

menyusut atau berkompresi atau volume menyusut ($ =S$ ) atauarah

lintasan proses kekiri .

!saha sistem (+) 7 K jika &= 7 &

!saha sistem (+)7 ? jika &= R&

!saha sistem (+)7 % jika &= S &

2V

V

Pd W

(L"m=) (L"m=)

(m9) (m9)



/4404' T@/UDJL4/J4

B0U+ +U 4LD LUL B0U+ +U

makalah termo angga

Documents

Transcript of makalah termo angga