Slide 1
BAB 2PENERAPAN HUKUM IPADA SISTEM TERBUKASISTEM TERBUKAsistemq =
u A
NERACA MASSAControl volumeControl surface
PERSAMAAN KONTINYUITAS
STEADY STATE adalah keadaan sistem jika kondisi dalam control
volume tidak berubah dengan waktu.
NERACA ENERGI
Aliran yang masuk ke / keluar dari control volume akan membawa
energi (per satuan massa) berupa:Internal energi (U)Energi kinetik
(u2)Energi potensial (zg)Laju energi masuk =Laju energi keluar
=
Laju energi netto =
Laju akumulasi energi:
Jika perubahan energi kinetik dan potensial diabaikan:
(2.52)(2.53)CONTOH 2.5Sebuah tangki diisi dengan gas yang
berasal dari pipa pe-nyaluran yang tekanannya konstan. Bagaimana
hubungan antara enthalpy gas di bagian pemasukan dengan internal
energi gas di dalam tangki? Abaikan transfer energi dari gas ke
badan tangki.PENYELESAIAN
NERACA MASSA
= 0(a)
Tidak ada ekspansi, pengadukan dan shaft work, maka:
Perubahan energi kinetik dan potensial diabaikan, maka:
NERACA ENERGI(b)Jika persamaan (a) dan (b) digabung:
m2 U2 m1 U1 = Hin (m2 m1)Jika dikalikan dengan dt dan
diintegralkan:Keadaan mula-mula m1 = 0 sehingga:U2 = HinCONTOH
2.6Sebuah tangki yang diisolasi mula-mula berisi 190 kg air dengan
temperatur 60C. Air dikeluarkan dari tangki dengan laju alir
konstan 0,2 kg/s, dan pada waktu yang sama ke dalam tangki
dialirkan air yang memiliki temperatur 10C dengan laju alir sama.
Berapa waktu yang diperlukan agar temperatur air di dalam tangki
menjadi 35C? Anggap CP = CV = C, tidak tergantung pada
temperatur.PENYELESAIAN0,2 kg/s10C0,2 kg/sT0=60CAsumsi:Di dalam
tangki terjadi pencampuran sempurna sifat-sifat air yang keluar =
di dalam tangki
Perubahan energi kinetik dan potensial diabaikan:
H = C TH Hin = C (T Tin)Dari definisi kapasitas panas:
Jadi waktu yang diperlukan = 658,3 s atau 11 menitNERACA ENERGI
UNTUK PROSES ALIR STEADY STATE
Steady state berarti:d(mU)CV/dt = 0Massa di dalam control volume
(CV) = konstanTidak ada perubahan sifat-sifat fluida di dalam CV,
di jalur pemasukan dan pengeluaran sepanjang waktuTidak ada
ekspansi di dalam CVSatu-satunya usaha/kerja yang ada adalah shaft
work
Sistem satuan SISistem satuan BritishJika perubahan energi
kinetik dan potensial dapat diabaikan, maka:H = Q + WSperubahan
energi kinetik dan potensial dapat diabaikanTidak ada shaft
work
H = H2 H1 = Q H2 = Q + H1 Nilai mutlak dari enthalpy tidak
diketahui; yang dapat diketahui/terukur adalah perubahan
enthalpy.Perlu adanya reference state dengan H = 0arbitraryMisal
reference state untuk air adalah cairan pada 0CCONTOH 2.7Udara pada
1 bar dan 25C masuk ke kompresor dengan kecepatan rendah, keluar
pada tekanan 3 bar, dan masuk ke nozzle dan mengalami ekspansi
sampai kecepatan akhirnya 600 m/s dengan T dan P sama dengan
kondisi awal. Jika kerja untuk kompresi sebesar 240 kJ per kg
udara, berapa panas yang harus diambil selama proses
kompresi?PENYELESAIANProses kembali ke T dan P semula H =
0Perubahan energi potensial diabaikanUdara masuk kompresor pelan u1
= 0
Energi kinetik per satuan massa yang mengalir:
Q = 180 240 = 60 kJ kg-1 Jadi panas yang harus diambil adalah 60
kJ untuk setiap kg udara yang dikompresi.CONTOH 2.8Air pada 200(F)
dipompa dari tangki penyimpan dengan laju 50(gal)(min)-1. Motor
pompa memasok usaha sebesar 2(hp). Air mengalir ke sebuah alat
penukar panas dan melepaskan panas sebesar 40.000(Btu)(min)-1.
Selanjutnya air mengalir menuju tangki penyimpan kedua yang berada
50(ft) di atas tangki pertama. Berapa temperatur air yang masuk ke
tangki kedua?PENYELESAIAN50 ft
Ini merupakan proses alir steadyBeda laju alir air di kedua
tangki diabaikan u2/2gc = 0
= 0,06 (Btu)(lbm)-1
= 99,50 + 0,21 0,06 = 99,35 (Btu)(lbm)-1 Dari steam table,
enthalpy air (cair) pada 200(F) adalah:H1 = 168,09
(Btu)(lbm)-1Sehingga:H = H2 H1 = H2 168,09 = 99,35H2 = 168,09 99,35
= 68,74 (Btu)(lbm)-1Dari Steam Table diperoleh: T2 = 100,74 (F)
