Berapa besar kerja dan daya yang dihasilkan oleh turbin apabila 20 kg/s aliran uap H2O panas masuk turbin pada tekanannya 700 kPa dan temperature 650 oC. Dan saat keluar dari turbin tekanannya menjadi 50 kPa. Efisiensi isentropic turbin 85%.

berapa besar daya yang dihasilkan oleh turbin apabila 20 kg/s aliran uap H2O panas masuk turbin tekanannya 6 MPa (40 bar) dan bertemperatur 500 oC. Kemudian saat keluar dari turbin, setelah selesai proses ekspansi, tekanannya menjadi 50 kPa. Dalam hal ini turbin dianggap memiliki efisiensi isentropic 85%.

PEMBAHASAN

 

Perkiraan besarnya h3

Pada persoalan ini diketahui tingkat keadaan uap H2O masuk turbin adalah pada tekanan 6 MPa (40 bar) dengan temperature 500 oC

Maka, dengan menggunakan data Tabel sifat-sifat H2O (steam tables), pada tekanan 40 bar dan temperature 500 oC, lihat : http://enpub.fulton.asu.edu/ece340/pdf/steam_tables.PDF

Dapat diperoleh :

o Enthalpy, h3 = 3445 kJ/kgo Entropinya, s3 = 7,09 kJ/kgK

 

 

Perhitungan h4s

Pada tahap ini tingkat keadaan uap air saat keluar turbin dianggap dalam keadaan fasa campuran, yaitu campuran antara uap H2O dan  H2O cair, sehingga besarnya h4s dapat dihitung menggunakan persamaan :

h4s = hf4 + x4s hfg4

Tingkat keadaan uap air yang meninggalkan turbin, tekanannya menjadi 50 kPa

Dengan menggunakan data Tabel sifat-sifat H2O dalam keadaan jenuh (table Tekanan), pada tekanan 50 kPa (0,5 bar)  dapat diperoleh :

o Enthalpi cair jenuh, hf4 = 340,5 kJ/kg

o Enthalpi evaporasi, hfg4 = hg4 – hf4 = (2646 kJ/kg) – (340,5 kJ/kg) = 2305,5 kJ/kgo Entropi cair jenuh, sf4 = 1,091 kJ/kgKo Entropi evaporasi, sfg4 = sg4 – sf4 = (7,594 kJ/kgK)  – (1,091 kJ/kgK) = 6,503

/kJ/kgK

Sehingga,

hf4 : enthalpy uap air cair jenuh pada tekanan keluar uap turbin (50 kPa), telah diketahui besarnya yaitu hf4 = 340,5 kJ/kg

hfg4 : enthalpy evaporasi, telah diketahui besarnya yaitu hfg4 =  2305,5 kJ/kg

Namun demikian pada tahap ini, x4s : kualitas uap pada tekanan keluar turbin secara isentropic belum diketahui besarnya.

 

Perhitungan besarnya x4s

Besarnya x4s dapat dihitung melalui persamaan :

s4s = sf4 + x4s sfg4

Dalam hal ini,

s4s : entropi isentropic uap air saat keluar turbin

Di sini besarnya s4s = s3 karena proses ekspansi dari tingkat keadaan (3) ke tingkat keadaan (4s) dianggap proses ekspansi uap secara isentropic.

Dengan menggunakan data :

s4s = s3 = 7,09 kJ/kgK

sf4 = 1,091 kJ/kgK

sfg4 = 6,503 kJ/kgK

Maka dengan menggunakan persamaan di atas dapat diperoleh : 

x4s = (s4s – sf4) / sfg4

x4s = ( (7,09 kJ/kgK) – (1,091 kJ/kgK) ) / (6,503 kJ/kgK)

x4s = 0,9225

 

Sehingga besarnya h4s dapat dihitung menggunakan persamaan :

h4s = hf4 + x4s hfg4

Maka

h4s = (340,5 kJ/kg) + (0,9225) (2305,5 kJ/kg)

h4s = (340,5 kJ/kg) + (2126,82375kJ/kg)

h4s = 2467,32375 kJ/kg

 

Perhitungan Wts

Besarnya Wts dapat dihitung menggunakan persamaan :

Wts = h3 – h4s

Dimana telah diketahui :

h3 : Enthalpy uap jenuh telah diketahui = 3445 kJ/kg

h4s : enthalpy isentropic uap air saat keluar dari turbin = 2467,32375 kJ/kg

Maka besarnya kerja yang dihasilkan oleh turbin secara teoritis, Wts adalah

Wts = h3 – h4s

Wts = (3445 kJ/kg) – (2467,32375 kJ/kg)

Wts = 977,67625 kJ/kg

 

Perhitungan Wt

Besarnya kerja turbin sebenarnya (Wt) dapat dihitung melalui persamaan :

ηts = Wt / Wts

Dengan efisiensi isentropic turbin 85%, dan Wts  =  977,67625 kJ/kg

Maka diperoleh :

Wt = Wts . ηts 

Wt = (977,67625 kJ/kg) (85%)

Wt = 831,0248 kJ/kg

 

Perhitungan daya yang dihasilkan turbin (Wt')

Besarnya daya yang dihasilkan oleh turbin dapat dihitung menggunakan persamaan :

Wt' = mu' . Wt

Dengan mu = 20 kg/s dan  Wt  = 831,0248 kJ/kg

Maka besarnya daya yang dihasilkan turbin (Wt')

Wt' = mu' . Wt

Wt' = (20 kg/s) (831,0248 kJ/kg)

Wt' = 16620,496 kJ/s

 

Perhitungan h4

Sementara itu kita juga dapat menentukan besarnya Enthalpy sebenarnya saat uap air keluar dari turbin (h4), yaitu melalui persamaan :

Wt = h3 – h4

Dengan menggunakan data : h3 = 3445 kJ/kg, dan  Wt  =  831,0248 kJ/kg

Maka besarnya Enthalpy sebenarnya saat uap air keluar dari turbin (h4)

h4 = h3 - Wt

h4 = (3445 kJ/kg) – (831,0248 kJ/kg)

h4 = 2613,9752 kJ/kg