ENERGY, ENERGY TRANSFER AND GENERAL ENERGY ANALYSIS

IntroductionHukum Kekekalan Energi : Dalam suatu proses energi tidak

dapat diciptakan/ dimusnahkan, energi hanya dapat berubah bentuk dari satu ke bentuk yang lain.

Forms of Energy Bentuk-bentuk Energi : 1. Termal 5. Kinetik

2. Mekanik 6. Potensial

3. Elektrik 7. Magnetik

4. Kimia 8. Nuklir

Energi total suatu sistem per unit massa (e) :

Dimana : E = energi total (J atau kJ)

m = massa (kg)

Analisa termodinamika membagi bentuk energi menjadi dua kelompok :

-. Makroskopik

-. Mikroskopik

Forms of EnergyMakroskopik energi : seluruh bentuk energi yang sistem miliki dan

berhubungan dengan rangka acuan luar, contoh : energi potensial dan kinetik.

Mikroskopik energi : seluruh bentuk energi yang berhubungan dengan struktur molekul sistem dan derajat keaktifan molekul serta tidak tergantung dengan rangka luar.

Internal energi (U) : jumlah seluruh bentuk mikroskopik energi.

Makroskopik energi dari sistem berhubungan dengan gerak dan pengaruh efek-efek luar (gravitasi, kemagnetan, listrik dan tegangan permukaan).

Energi kinetik (KE) : energi sistem yang merupakan hasil dari gerakannya terhadap acuan luar.

Forms of EnergyEnergi kinetik untuk gerak putar :

Energi potensial (PE) : energi sistem yang merupakan hasil dari ketinggian dari suatu medan gravitasi.

sudutkecepatan

inersiamomen : Dimana2

2

I

IKE

Total energi sistem (tanpa efek kemagnetan, kelistrikan dan tegangan permukaan) :

Forms of Energy

Laju aliran massa : massa yang mengalir melalui suatu penampang per unit waktu.

Laju aliran volume : volume fluida yang mengalir melalui suatu penampang per unit waktu.

Laju aliran energi :

Some Physical Insight of Internal Energy

Energi dalam (Internal energy) berhubungan dengan struktur molekul dan derajat keaktifan molekul yang dapat digambarkan sebagai jumlah energi kinetik dan potensial molekul.

Sensible energy : bagian energi dalam sistem yang berkaitan dengan energi kinetik molekul.

Latent energy : energi dalam yang berkaitan dengan fase (perubahan fase) dari sistem.

Chemical energy : energi dalam yang berkaitan dengan ikatan atom dalam sebuah molekul.

Nuclear energy : sejumlah besar energi yang berhubungan dengan ikatan inti atom yang kuat.

Mechanical EnergyEnergi Mekanik : bentuk energi yang dapat dikonversikan secara langsung

menjadi energi mekanik oleh peralatan mekanik yang ideal (ex.turbin).

Bentuk energi mekanik : energi potensial dan kinetik.

Energi mekanik (aliran fluida) :

Laju energi mekanik :

Perubahan energi mekanik untuk aliran incompressible (ρ=konstan) :

Energy Transfer by HeatHeat : bentuk energi yang ditransfer antara dua

sistem (atau sebuah sistem dan lingkungannya) sebagai akibat dari perbedaan temperatur.

Heat is energi in transition.

Adiabatic process : proses dimana transfer panas tidak terjadi.

Perpindahan panas per unit massa :

Jumlah perpindahan panas dalam suatu proses :

Energy Transfer by HeatMekanisme perpindahan panas :

1. Konduksi (Conduction) ; hantaran.

2. Konveksi (Convection) ; rambatan.

3. Radiasi (Radiation) ; pancaran.

Energy Transfer by WorkWork : bentuk energi yang ditransfer sebagai akibat

gaya yang bekerja melalui suatu jarak.

Kerja yang dilakukan per unit massa :

Ketentuan formal penggunaan tanda untuk panas dan kerja :

1. Panas yang masuk (Qin) ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan oleh sistem (Wout) adalah positif.

2. Panas yang keluar dari sistem (Qout) dan kerja yang dibutuhkan sistem (Win) adalah negatif.

Daya (Power) : besar kerja yang dilakukan per unit waktu

Energy Transfer by WorkHeat & Work : mekanisme perpindahan energi antara

sistem dan lingkungannya, serta memiliki kemiripan di antara keduanya :

1. Keduanya diketahui pada batas dari sistem pada saat melaluinya (boundary phenomena).

2. Sistem memiliki energi (panas & kerja tidak)3. Keduanya berhubungan dengan proses, bukan

keadaan (properties tergantung pada keadaan)4. Keduanya merupakan fungsi lintasan

Volume (property, memiliki lintasan, hanya tergantung pada keadaan & tidak tergantung pada bagaimana sistem mencapai keadaan).

Total perubahan volume keadaan 1 ke 2 :

Total kerja yang dilakukan selama proses 1 ke 2 :

Electrical WorkDalam medan listrik, kerja dihasilkan oleh elektron-

elektron pada kawat yang bergerak akibat pengaruh gaya elektromotor.

N coulomb muatan elektron bergerak melalui perbedaan potensial V, melakukan kerja sebesar :

Dimana : daya listrik

I : arus (jumlah muatan listrik yang mengalir per unit waktu)

Kerja listrik yang dilakukan selama interval waktu Δt :

Untuk V dan I = konstan dalam selang Δt :

Mechanical Forms of Work &Shaft Work

Kerja mekanik dari sistem :

Kerja Poros :

Besarnya daya yang ditransfer melalui poros :

Dimana : = jumlah revolusi per unit waktu

Dimana : Gaya yang bekerja pada shaft dihasilkan dari torsi lengan r, yang besarnya :

Jarak yang ditempuh oleh gaya F :

Spring Work & Elastic Solid Bars Work

Kerja Pegas :

Dimana gaya pegas F :

Substitusi persamaan gaya pegas F ke dalam persamaan kerja pegas dan selanjutnya diintegralkan, diperoleh :

Dimana x1 dan x2 adalah posisi awal dan akhir pegas.

Kerja batang elastik :

Dimana : σn = tegangan normal,

A = luas permukaan cross section

Stretching Work of Liquid FilmKerja Regangan Lapisan Cairan (Surface Tension Work) :

Dimana σs : tegangan tarik permukaan (gaya per unit panjang)

dA : perubahan luas permukaan lapisan

Energy Balance & Energy Change of a System ΔEsystem

Hukum Konservasi Energi dapat pula dinyatakan :

Perubahan bersih (+,-) total energi sistem selama proses sebanding dengan selisih total energi masuk sistem dengan total energi keluar sistem.

Penentuan besarnya perubahan energi sistem selama proses tergantung dari keadaan awal dan akhir proses :

Mechanisms of Energy Transfer, Ein & Eout

Energi dapat ditransfer dari atau ke dalam sistem dalam bentuk : -. Panas (Heat)

-. Kerja (Work)-. Aliran massa (Mass Flow)

Persamaan Keseimbangan Energi :

Mechanisms of Energy Transfer, Ein & Eout

Untuk laju yang konstan, jumlah total energi dalam interval waktu Δt :

Untuk laju yang konstan, jumlah total energi dalam interval waktu Δt :

Keseimbangan energi per unit massa :

Keseimbangan energi dalam satu siklus sistem tertutup :

Energi Conversion EfficienciesEfisiensi/ Performa : Indikasi/ ukuran seberapa baik suatu energi

dikonversikan atau seberapa baik proses perpindahan energi diselesaikan.

Efisiensi Pembakaran :

Overall Efficiency (power plant) : rasio daya listrik bersih terhadap laju masukan energi bahan bakar.

Efficiencies of Mechanical &Electrical Devices Efisiensi Mekanik :

Efisiensi Pompa :

Efisiensi Turbin :

Efisiensi Motor :

Efisiensi Generator :

Efficiencies of Mechanical &Electrical Devices Combined Efficiency :