Analisis Energi dan Massa Sistem Terbuka

Nama Dosen: Prof. Dr. Ir. Daniel Saputra, MS., A.Eng.

Kelompok: Agidio Anugrah Ditama (05021381621051)

                   Anna Syahara (05021181621087)

                   Sestri Rika Anggraini (05021181621017)

Pada sebagian besar persoalan keteknikan pada umunya akan melibatkan aliran massa masuk dan keluar sistem, oleh karena itu, dengan kondisi yang demikian seiring dimodelkan sebagai kontrol volume. Batas dari sebuah volume atur disebut dengan permukaan atur (control surface), dan hal tersebut dapat berupa batas riil maupun imajiner.

1.    Prinsip konservasi massa

2.    Kecepatan aliran massa dan volume (mass dan volume flow rates)

3.    Prinsip konservasi energi

Persamaan konservasi energi untuk sebuah volume atur ketika menjalani suatu proses dapat diungkapkan seperti:

  -   -  = \

Dalam volume atur seperti juga dalam sistem tertutup, dalam interaksinya dimungkinkan bekerja lebih dari satu bentuk kerja pada waktu yang bersamaan.

Untuk volume atur, karena dalam kasus ini massa dapat melintas batas sistem, maka jumlah maasa yang masuk dan keluar sistem harus diperhatikan.

 -  =

m(masuk) - ∑m(keluar) = ∆mcv

Kecepatan Aliran Massa dan Volume

Jumlah massa yang mengalir melintasi sebuah seksi perunit waktu disebut massa flow rate dan dinotasikandengan m (dot).

Massa flow rates melalui diferensiasi dA dapat dituliskan :

                        dṁ =  Vn dA

            dimana :

                        Vn adalah komponen kecepatan normal terhadap dA

Massa yang melalui pipa atau saluran dapat diperoleh dengan mengintegralkan :

 ṁ = Vn dA                                 (kg/s)

sedangkan volume flow rates :

V = Vn = Vav A                         (m²/s)\

4.    Kesetimbangan massa untuk proses aliran tetap (Steady)

5.    Contoh kasus aliran tidak mampat (Incompressible)

6.    Kerja aliran (flow work)

7.    Energi total aliran

Ketika berhadapat dengan proses aliran steady, bukan jumlah total massa mengalir masuk atau keluar dari perangkat dari waktu ke waktu, melaikan lebih mementingkan jumlah massa yang mengalir setiap satuan waktu yaitu, laju aliran massa m.

Prinsip konservasi massa untuk sistem aliran, secara umum sistem dengan beberapa pintu masuk (inlet) dan pintu keluar (outlet) dapat dinyatakan dalam bentuk laju sebagai berikut :

∑masuk ṁ = ∑keluar ṁ                      (kg/s)

Steady flow process didefinisikan sebagai proses dimana fluida mengalir dalan control volume secara steady. Hal ini berarti bahwa property dapat berubah dan titik ke titik di dalam control volume tetapi pada setiap titik selalu konstan selama proses.

Karakteristik steady flow process :

1.      Selama proses tidak ada property yang berubah terhadap waktu.

2.      Selama proses sifat fluida di inlet dan outlet tidak berubah terhadap waktu.

3.      Interaksi energi (berupa panas dan kerja) antara sistem control volume dengan sekelilingnya tidak berubah terhadap waktu.

A.  Konservasi massa

Persamaan konservasi massa untuk proses aliran steady dengan multi inlet dan exit dapat dideskripsikan dalam bentuk rate adalah sebagai berikut :

 = 

            ∑ṁin = ∑ṁout                        (kg/s)

B.  Konservasi energi

Selama proses aliran steady total energi dalam sebuah volume atur adalah konstan. Sehingga perubahan tital energi selama proses adalah nol. Sehingga jumlah energi yang memasuki sebuah volume atur dalam semua bentuk (panas, kerja, tranfer massa) harus sama dengan energi yang keluar untuk sebuah proses alran steady.

 =  -