Tinjauan Energi dalam Mekanika Fluida

Tinjauan energi dalam mekanika fluida menyatakan hukum kekekalan energi. Energi tidak dapat dimusnahkan dan diciptakan selama proses, hanya berubah bentuknya. Dalam mekanika fluida, ditemukan lebih mudah untuk memisahkan energi mekanik dari energi termal dan mempertimbangkan konversi energi mekanik menjadi energi termal sebagai akibat dari efek gesekan sebagai kehilangan energi mekanik. Kemudian persamaan energi menjadi keseimbangan energi mekanik. Energi dapat berpindah dari atau ke sistem tertutup melalui panas atau kerja, dan hukum kekekalan energi mensyaratkan bahwa transfer energi bersih dari atau ke sistem selama proses sama dengan perubahan kandungan energi sistem. Volume kontrol melibatkan transfer energi melalui aliran massa juga, dan hukum kekekalan energi, juga disebut keseimbangan energi, dinyatakan sebagai:

Transfer energi ke dalam volume kontrol dapat berupa kalor dan kerja. Transfer energi berupa kalor ke dalam volume kontrol dapat terjadi akibat adanya perbedaan temperatur. Sedangkan transfer energi berupa kerja biasanya disebabkan oleh poros yang berputar menggerakan kompresor, pompa, fan dan hidrolik.

Energi total per satuan massa baik untuk volume kontrol dan aliran, sebagai berikut:

Persamaan diatas adalah persamaan kekekalan energi umum, penggunaannya masih terbatas pada volume kontrol tetap, aliran seragam di inlet dan outlet, dan mengabaikan kerja akibat gaya viskos dan efek lainnya. Subskrip “net in” adalah singkatan dari “net input,” dan dengan demikian setiap panas atau perpindahan kerja bernilai positif jika ke sistem dan negatif jika dari sistem.

Analisis energi pada aliran steady, untuk aliran steady laju perubahan kandungan energi pada volume kontrol adalah nol, maka didapatkan persamaan:

Ini menyatakan bahwa laju transfer energi bersih ke volume kontrol oleh kalor dan transfer kerja selama aliran steady sama dengan perbedaan antara laju aliran energi keluar dan masuk dengan massa. Pada peralatan mekanik pasti terjadi losses akibat berbagai faktor yang mempengaruhi, berikut persamaan energi aliran steady per satuan massa untuk kesetimbangan energi mekanik:

Pada kasus khusus yakni aliran incompressible tanpa ada peralatan mekanik yang bekerja dan gesekan diabaikan, maka persamaan energi menjadi sebagai berikut:

Kecepatan aliran rata-rata V_avg didefinisikan sedemikian rupa sehingga hubungan ρV_avgA memberikan laju aliran massa aktual. Oleh karena itu, tidak ada faktor koreksi untuk laju aliran massa. Namun, seperti yang ditunjukkan oleh Gaspard Coriolis (1792–1843), energi kinetik aliran fluida yang diperoleh dari V²/2 tidak sama dengan energi kinetik aliran fluida yang sebenarnya karena kuadrat jumlah tidak sama dengan kuadrat jumlah yang dimasukkan. Kesalahan ini dapat dikoreksi dengan mengganti suku energi kinetik V²/2 dalam persamaan energi dengan αV_avg²/2, di mana α adalah faktor koreksi energi kinetik. Jika faktor koreksi energi kinetik dimasukkan, persamaan energi untuk aliran mampat mantap menjadi:

Kontributor: Feri Wijarnako (feriwidjarnako@gmail.com)

By Caesar Wiratama

aeroengineering.co.id merupakan jasa layanan dibawah CV. Markom dengan berbagai jenis solusi, mulai dari drafting CAD, pembuatan animasi, simulasi aliran dengan CFD dan simulasi struktur dengan FEA. Pelajari selengkapnya di sini.

Author: admin