MEKANIKA FLUIDA
ENERGY PRINCIPLE
Puguh Setyopratomo
Program Studi Teknik Kimia
UNIVERSITAS SURABAYA
Hukum Pertama Thermodinamika:
ΔE = Perubahan Energi Sistem
Q = Panas yang di tranfer ke sistem selama selang waktu t
W = Kerja yang dilakukan distem ke lingkungan slama selang waktu t
Eu = Energi dalam
Ek = Energi kinetik
Ep = Energi potensial
Hukum Pertama Thermodinamika dalam bentuk diferensial:
Penurunan Persamaan Energi:
Aplikasi pendekatan control volum:
Substitusi sifat ekstensif B = E dan sifat intensif b = energi persatuan massa,
didapat::
Substitusi::
Substitusi
=
Kerja W terdiri dari kerja poros (shaft) Ws dan kerja aliran.
kerja aliran =
sehingga persamaan energi menjadi:
Suku
digabungkan ke ruas kanan, maka didapat
Bentuk ini merupakan persamaan dasar dari persamaan energi
Jika kecepatan fluida tidak seragam sepanjang penampang aliran, maka bentuk
persamaan energi adalah:
Persamaan Energi Untuk Kondisi Steady State:
Karena
Dimana:
Yaitu enthalpy persatuan massa, maka bentuk lain
persamaan energi adalah:
Shaft work, kerja poros dibedakan menjadi kerja turbin (Wt) dan kerja pompa
(Wp):
Sehingga persamaan energi dapat juga dituliskan dalam bentuk (dengan
memasukkan faktor koreksi energi kinetik, α):
Yang merupakan bentuk persamaan Bernoulli tanpa friksi.
Karena setiap suku memiliki satuan panjang yang disebut sebagai head (h),
maka persamaan di atas sering dituliskan dalam bentuk sbb:
dimana hp: head pompa dan ht: head turbin
Persamaan Energi Untuk Fluida Viscous
Pada aliran fluida viscous, sebagian energi mekanik diubah menjadi energi
thermal melalui aksi viscous (gesekan/friksi) antara fluida dan partikel. Energi
thermal ini akan memanaskan fluida sehingga energi dalam fluida berubah.
Energi thermal yang timbul akibat aksi viscous ini tidak dapat diubah kembali
menjadi energi mekanik, sehingga disebut sebagai hilang energy (energy
loss).
Perubahan energi dalam akibat aksi viscous selalu positif, dan jika ada
pendinginan harga Q adalah negatif, sehingga:
Suku
selalu positif dan disebut sebagai head loss, hL
Dengan demikian persamaan energi yang memperhitungkan aksi viscous/friksi
adalah::