1
Neraca Energi Umum, Sistem Terbuka dan Sistem Tertutup
Neraca Energi Umum, Sistem Terbuka dan Sistem Tertutup Oleh : Ahmad Faisal, 1006660491, Kel.1
I.
Neraca Energi secara Umum (Sistem Terbuka)
Secara umum neraca energi dapat ditulisakn sebagai berikut :
} { } { 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
̇ .
Apabila dimasukkan
nilai akumulasi dan energi lain, akan didapatkan persamaan neraca energi umum,
̇ ̂ dimana nilai
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 :
̇ ̂ Inilah yang dikatakan sebagai neraca energi secara umum, yang dapat diterapkan dan divariasikan pada berbagai kondisi, seperti sistem tunak dan tak t unak.
Gambar 1. Gambar skematis kontrol volume dengan satu aliran masuk dan keluar
Termodinaika
2
II.
Neraca Energi Umum, Sistem Terbuka dan Sistem Tertutup
Neraca Energi untuk Sistem Tertutup
Pada sistem tertutup tidak ada aliran massa baik yang masuk maupun yang keluar sistem sehingga kita hanya perlu menuliskan neraca energi sistem, sebagai berikut:
̇ ̂ ̂ Dimana akumulasi
dapat dijabarkan sebagai akumulasi dari energi dalam sistem
,
dan energi kinetic sistem . Dimana pada kondisi ini merupakan perubahan karena waktu ke . Sehingga persamaan diatas dapat ditulis sebagai : ̂ potensial sistem
Pada keadaan umumnya akumulasi potensial dan kinetic sangat kecil dibanding dengan akumulasi energi dalamnya, sehingga dapat diabaikan. Sehingga pada kondisi ini, persamaan neraca energinya adalah :
̂ Oleh karena itu dapat ditarik kesimpulan, dimana pada sistem tertutup akumulasi energi hanya berasal dari perpindahan kalor dan transfer usaha saja. Perpindahan 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 lain seperti penggunaan pompa kondensor ataupun alat-alat lainnya. Gambar 2. Contoh Sistem Tertutup
Termodinaika
3
III.
Neraca Energi Umum, Sistem Terbuka dan Sistem Tertutup
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 ialah persamaan umum neraca energi pada bagian I :
Gambar 3. Contoh Sistem Terbuka
̇ ̂ Dalam sistem terbuka biasanya ditemukan beberapa kondisi khusus seperti : 1. Sistem bekerja dalam proses steady state Proses Steady State, artinya tidak ada akumulasi energi pada sistem sehingga
,
maka persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi :
̇ ̂ 2. Sistem steady state dan adiabatik Pada Proses ini artinya, sistem dibuat sedemikian rupa sehingga tidak ada kalor yang lepas keluar atau masuk melewati batas boundary, sehingga
̇
̂ = 0
Termodinaika
4
Neraca Energi Umum, Sistem Terbuka dan Sistem Tertutup
Contoh soal : o
Pencampuran aliran air (15 C) dengan aliran uap air jenuh pada 350 kPa menghasilkan air o
panas dengan laju 4 kg/s pada suhu 80 C. 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 :
Neraca massa →
Neraca Energi
̇ ̂
Kondisi tunak,
Adiabatic
Ketinggian yang dianggap sama
Tidak ada usaha yang dilakukan pada sistem
Kecepatan masuk dibuat sedemikian rupa sehingga sama dengan kecepatan keluar
maka persamaa neraca energinya adalah :
[̇()] ̇ ̇ ̇ Dari tabel uap air:
Termodinaika
5
Neraca Energi Umum, Sistem Terbuka dan Sistem Tertutup
Dari neraca massa didapat :
Sehingga :
Dengan diketahui
maka nilai dicari dengan persamaan :
DAFTAR PUSTAKA
nd Moran, M.J., and H.N Shapiro. 2004. Fundamentals of Engineering Thermodynamics, 5 ed . New York : Wiley.
Smith, J.M., van Ness, H.C., and M.M. Abbott. 1996. Introduction to Chemical Engineering th Thermodynamics, 5 ed . New York : McGraw-Hill
Termodinaika
