BAB 5

MASS AND ENERGY ANALYSIS OF CONTROL VOLUMES

1. Mass Balance for Steady-Flow Processes

             Selama proses aliran tetap, jumlah total massa yang terkandung di dalam volume kontrol tidak berubah seiring waktu (mCV=konstan). Kemudian konservasi Prinsip massa mensyaratkan bahwa jumlah total massa yang masuk volume kontrol sama dengan jumlah total massa yang meninggalkannya. Untuk taman nosel selang dalam operasi stabil, misalnya jumlah air yang masuk nosel per satuan waktu sama dengan jumlah air yang meninggalkannya persatuan waktu. Saat berhadapan dengan proses arus tetap, kita tidak tertarik dengan jumlah massa yang mengalir masuk atau keluar dari perangkat dari waktu ke waktu; Sebagai gantinya, kita tertarik pada jumlah massa yang mengalir per satuan waktu, yaitu massa laju alir m. Banyak perangkat rekayasa seperti nozel, diffusers, turbin, kompresor, dan pompa melibatkan aliran tunggal (hanya satu lubang masuk dan satu saluran). Untuk sistem arus mapan aliran tunggal, ke: 

 

2. Aliran yang tidak dapat dikompres

 The conservation of mass relations can be simplified even further when the fluid is incompressible, which is usually the case for liquids. Canceling the density from both sides of the general steady-flow relation gives.

 

Untuk sistem arus mantap aliran tunggal itu menjadi :

CONTOH 2.1 Aliran Air melalui selang Nozzle Garden

Selang taman yang terpasang dengan nosel digunakan untuk mengisi ember 10-gal. Itu. Diameter dalam selang adalah 2 cm, dan itu mengurangi sampai 0,8 cm pada nosel keluar (Gambar 5-9). Jika dibutuhkan 50 s untuk mengisi ember dengan air, tentukan (a) volume dan laju alir massa air melalui selang, dan (b) Kecepatan rata-rata air di pintu keluar nosel.

Diketahui :

Ambil  kerapatan air menjadi 1000 kg / m3 1 kg / L.

 (a) Memperhatikan bahwa 10 gal air dibuang dalam 50 detik, volumenya

      dan laju alir massa air.

3. Arus Kerja dan Energi dari Flowing Fluid

Tidak seperti sistem tertutup, volume kontrol melibatkan aliran massa melintasi arus batas, dan beberapa pekerjaan diperlukan untuk mendorong massa masuk atau keluar dari kontrol volume Karya ini dikenal sebagai flow work, atau flow energy, dan diperlukan untuk menjaga aliran terus menerus melalui volume kontrol. Untuk mendapatkan relasi untuk flow work, perhatikan elemen fluida volume. Cairan yang segera hulu memaksa unsur fluida ini untuk memasukkan volume kontrol; Dengan demikian, bisa dianggap sebagai imajiner piston. Unsur fluida dapat dipilih cukup kecil sehingga mudah memiliki sifat seragam di seluruh. Jika tekanan fluida adalah P dan luas penampang elemen fluida adalah A gaya yang diterapkan pada elemen cairan oleh imajiner piston adalah

F  = PA

Usaha arus per satuan massa diperoleh dengan membagi kedua sisi persamaan inioleh massa unsur cairan:

W_flow = Pv (kj/kg)

4. Total Energi Cairan Mengalir

 Energi total dari sistem kompresibel sederhana terdiri dari tiga bagian: energi internal, kinetik, dan potensial. Pada basis unit-massa, ini dinyatakan sebagai:

            Dimana V adalah kecepatan dan z adalah elevasi sistem relatif terhadap beberapa

titik referensi eksternal.

5. Steady Flow Process

            Turbin, kompresor dan nozle beroperasi untuk waktu yang lama dengan kondisi yang sama. Peralatan seperti itu diklasifikasikan sebagai steady flow devices. Proses dari peralatan steady dapat dianalisis dengan suatu idealisasi proses yang disebut “steady flow process”. Steady flow process didefinisikan sebagai suatu proses di mana fluida mengalir dalam control volume secara steady. Hal ini berarti bahwa property dapat berubah dari titik ke titik di dalam control volume tetapi pada setiap titik selalu konstan selama proses.