PBL 3_Kelompok 7

8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7

http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 1/37

TERMODINAMIKA TEKNIK KIMIA

MAKALAH PEMICU III

SIKLUS DAYA

Disusun oleh:

Kelompok 7

Muhamad Madani 1306405755

Muhammad Raihan Fuad 1406564452

Radifan Fajaran!o 1406531643

Ri"k #di $ur%oko 14065316&4

'eshin!a Risk $riasmara $u!ri 1506775512

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK

2016



Termodinamika Teknik Kimia | PBL 3 – Siklus Daya1

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((i

DAFTAR TABEL((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((ii

DAFTAR GAMBAR (((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((ii

Part 0((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((1

Part 1((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((6

Part 2(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()

Part 3((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((12

Part 4((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((15

Part ((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((21

DAFTAR PUSTAKA 26



DAFTAR TABEL

*a+el 1( Da!a en!alpi superheated steam pada !ekanan 0,5 M$a((((((((((((((((((((((((((((((((((13

*a+el 2( Da!a en!ropi superheated steam pada !ekanan 0,5 M$a((((((((((((((((((((((((((((((((((13

*a+el 3( Da!a en!alpi dan en!ropi superheated steam pada !ekanan 0,1 M$a(((((((((((((((14*a+el 4( Da!a -olume spesifik, en!alpi, dan en!ropi superheated steam pada arus 1(( ((22

*a+el 5( Da!a suhu, -olume spesifik, dan en!alpi pada !ur+in(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((23

*a+el 6( Da!a suhu, -olume spesifik, dan en!ropi pada throttling valve(((((((((((((((((((((((23

*a+el 7( Da!a -olume spesifik, en!alpi, dan en!ropi pada arus 6(((((((((((((((((((((((((((((((((((24

DAFTAR GAMBAR

.am+ar 1( $rinsip kerja dan perpindahan kalor dari vapor power plant ((((((((((((((((((((((((1

.am+ar 2( /kema !ur+in uap a!au as denan aliran arah aksial((((((((((((((((((((((((((((((((((((2

.am+ar 3( /kema kondensor((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((2

.am+ar 4( /kema heat engine(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((3

.am+ar 5( /iklus arno! pada diaram p(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((4

.am+ar 6( Diaram */ pada mesin kalor kiri dan mesin arno! kanan((((((((((((((((((6

.am+ar 7( /kema Ranque-Hillsch vortex tube(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((&

.am+ar )( Diaram hs pada sis!em !ur+in(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((12

.am+ar &( Steam table un!uk superheated steam pada !ekanan 0,5 M$a(((((((((((((((((((((13

.am+ar 10( Steam table un!uk superheated steam pada !ekanan 0,1 M$a(((((((((((((((((((14

.am+ar 11( /kema sis!em !ur+in(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((14

.am+ar 12( a Diaram Mollier hs dan + perhi!unan efisiensi dari diaram(((((((((15

.am+ar 13( /kema sis!em power plant di sunai oa%e(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((16

.am+ar 14( /kema uni! !ur+in pada oa%e power plant ((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((17

.am+ar 15( /kema uni! heat exchanger pada oa%e power plant (((((((((((((((((((((((((((((1)

.am+ar 16( /kema sis!em superheated steam((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((21



Part 0

Important power generating systems include vapor power plants, gas turbine power plants,

and internal combustion engines. A typical vapor power plant is shown in the oran!s boo".

#xplain the $unction o$ each unit o$ a Ran"ine %ycle& 'a( )apori*er, 'b( +urbine#xpander, 'c(

%ondenser, 'd( ump. ive a de$inition o$ heat engines. Is vapor power plant a heat engine/

#xplain. 0erive the %arnot!s engine e$$iciency $ormula 'eq. 1.2(, given in S)A 3 th ed., based

on the use o$ an ideal gas as the wor"ing $luid. #xplain why the e$$iciency o$ the %arnot heat

engine is higher than the typical e$$iciency value o$ an actual heat engine which is usually

45.6.

!a"a#a$%

Ga&#ar 1' $rinsip kerja dan perpindahan kalor dari vapor power plant

/um+er: Fundamen!als of nineerin *hermodnamis, Moran e! al, 2014

a( )apori*er

$ada vapori*erboiler , !erjadi proses isobaric heat trans$er ai!u fluida +er!ekanan !ini

dari pump akan masuk ke dalam vapori*er , menerima kalor an kemudian

menu+ahna menjadi uap( #pa+ila fluida an diunakan adalah air, maka air akan

+eru+ah menjadi steam(

b( +urbine

*ur+in adalah se+uah ala! an menhasilkan eneri dari hasil as a!au liquid an

mele%a!i +alin+alin pada sha$t an +e+as +erpu!ar(



Ga&#ar 2' /kema !ur+in uap a!au as denan aliran arah aksial

/um+er: Fundamen!als of nineerin *hermodnamis, Moran e! al, 2014

$ada !ur+in, steam an dihasilkan boilervapori*er akan masuk ke dalam !ur+in danmenalami proses ekspansi isen!ropik an menu+ah eneri dalam menjadi eneri

kine!ik( Kemudian, eneri kine!ik i!u diu+ah menjadi kerja sha$t ke!ika steam mele%a!i

+alin+alin pada rotating sha$t ( #liran s!eam an masuk !ur+in akan diu+ah menjadi

aliran ampuran vapor-liquid denan kuali!as 8 &09

c( %ondenser

Ga&#ar 3' /kema kondensor

/um+er: .oole

Kondensor adalah sua!u ala! an !erdiri dari jarinan pipa dan diunakan un!uk

menu+ah uap menjadi "a! air( Kondensor pada siklus Rankine menalami proses

isobaric heat re7ection ai!u ampuran vapor-liquid an dihasilkan oleh !ur+in akan

dialirkan pada !ekanan an rendah pada kondensor, kemudian dialirkan jua fluida an

mampu menerap panaskalor an +iasana adalah air pendinin( Kondensor diranan



;erdasarkan karak!eris!ik mesin kalor, ki!a dapa! meliha! +ah%a vapor power plant

mempunai karak!eris!ik an sama ai!u vapor power plant menerima kalor pada vapori*er

dan menu+ah air menjadi uap( Kemudian pada !ur+in, eneri panas diu+ah menjadi eneri

kine!ik, ai!u +erupa erak +erpu!ar sha$t an diaki+a!kan oleh uap an mele%a!i +alin

+alin pada !ur+in( Kemudian, se+aian panas di+uan menjadi suhu an le+ih dinin pada

proses di kondensor, di mana uap diu+ah menjadi air kemudian dipompa dan kemudian

memasuki vapori*er kem+ali( Denan ka!a lain, mesin kalor +ekerja dalam sua!u siklus(

fisiensi Mesin arno!

Ga&#ar ' /iklus arno! pada diaram p

/um+er: <n!rodu!ion !o hemial nineerin *hermodnamis, /mi!h, e! al, 2005

/iklus oleh as ideal an dianap se+aai fluida kerja pada mesin arno! di!unjukkan oleh

diaram p di a!as an !erdiri dari empa! lankah an re-ersi+el:

1( a = + kompresi adia+a!ik hina suhu naik dari * ke *>

2( + = ekspansi iso!ermal ke !i!ik denan menerap panas ?@>?

3( = d ekspansi adia+a!ik hina suhu !urun ke *

4( d = a kompresi iso!ermal ke posisi a%al denan mem+uan panas ?@?

An!uk proses iso!ermal dari + = dan d = a didapa!kan:

|Q H |= R T H lnV c

V bdan|Qc|= R T C ln

V d

V a



0erive the $ormula $or entropy changes o$ a gas starting $rom the $irst law o$

thermodynamics assuming ideal gas condition holds, the process is reversible, and the ideal

gas heat capacity is constant. 8se the equation you obtain to solve the $ollowing problem.

!a"a#a$%

$ersamaan umum hukum < !ermodinamika ai!u

ΔU =Q+W +( ∆ H +∆ K +∆ P )(1)

Karena sis!em !er!u!up maka didapa!kan persamaan

ΔU =Q+W (2 )

Karena proses re-ersi+el maka

Q=Qrev danW =−∫v 1

v 2

PdV

/ehina !urunan persamaan 2 adalah

dU =dQ rev− PdV (3)

/edankan en!alpi adalah

H =U + PV (4)

*urunan dari persamaan 4 adalah

dH =dU + PdV +VdP(5)

/u+s!i!usi persamaan 3 ke persamaan 5

dH =d Qrev− PdV + PdV +VdP=d Q rev+VdP(6)

$ada as ideal dike!ahui

dH =C pig

dT (7)



V = RT

P (8)

/u+s!i!usi persamaan 7 dan ) ke persamaan 6 didapa!kan

C pig

dT =d Qrev+ RT

P dP

dQrev

T =

C pig

dT

T − R

dP

P (9)

*urunan dari en!ropi adalah

dS= d Qrev

T (10)

Maka persamaan !urunan en!ropi pada as ideal adalah

dS=C pig

dT − R dP

P atau

dS

R =

C pig

dT

TR −d ln P(11)

<n!erasi pada keadaan a%al *0 dan $0 ke keadaan akhir * dan $ didapa!kan persamaan

en!ropi pada as ideal adalah

∆ S

R =∫

T 0

T C p

igdT

TR −d ln P(12)

Part 2

+he Ranque-Hilsch vortex tube is a device that receives a gas stream 'say at 95 bar and :;1

<( and divides it into two streams with equal mass $low rates and equal pressure o$ 9 bar.

+here is no mechanical wor" and heat trans$er involve in the operation o$ this device 'see

=vortex tube>, wi"ipedia(. Show by using the $irst and the second law o$ thermodynamics,

that maximum temperature di$$erence between the two outlet streams is 159 <. Hint& largest

temperature di$$erence can be obtained only i$ gas expansion is a reversible process. 8se % p

gas o$ ?5 "@'"mol<(. 0iscuss what would happen i$ BS total '#q. 1.9; given S)A 3 th ed.( has a

negative value.



!a"a#a$%

Dike!ahui:

• B 0 G

• @ B 0 G

• p B 30 kGkmolHK

• $1 B 10 +ar

• *1 B 2&5 K

• $2 B 1 +ar

• $3 B 1 +ar

• /is!em *er!u!up

• /ifa! Re-ersi+el

•

• Di!ana:

• Menunjukkan +ah%a *2*3 B 501 K dan +aaimana jika nilai Δ/ B 0



Ranque-Hilsch vortex tubeṁ1 P2 = 1 bar

T2

ṁ2 = ṁ

P1 = 10 bar T1 = 2! K

ṁ3 = ṁ

P3 = 1 bar T3

•

• Ga%a+:

• Ga&#ar (' /kema Ranque-Hilsch vortex tube

• /um+er: Dokumen pri+adi

•

• eraa massa dari sis!em di a!as adalah se+aai +eriku!

•

∆ mcv=∑i

mi−∑e

me •

I• 1

• 0=m1−(m2+m3)

• m1=m2+m3

• m1= m+ m=2 m

•

•

•

• eraa eneri >ukum *ermodinamika < dari sis!em di a!as dapa! dina!akan se+aai

+eriku!(

•

•

I• 2

•

0=

∑i

mii−

∑i

me e

• 0=m1 1−( m22+ m3 3 )

• 0=2 m 1−( m2+ m 3 )

• 0=m (21−2−3 )

• 0=21−2−3

• 21=2+3

• •



• 2∫

T re!

T 1

C P dT =∫T re!

T 2

C P dT +∫T re!

T 3

C P dT

• 2C P T |T

re!

T 1 =C P T |T re!

T 2 +C P T |T re!

T 3

• 2C P (295 K −T re! )=C P (T 2−T re! )+C P (T 3−T re! )

• T 2+T 3=590 K •

I

•

3

• /a!u mol a!au sa!u sa!uan massa fluida !er!en!u an menjalankan proses re-ersi+el

pada sua!u sis!em !er!u!up(

• >ukum *ermodinamika < memenuhi persamaan +eriku!(

• dU =d Q rev− PdV •

I

•

4

•

• n!alpi > dina!akan dalam persamaan

• H C 8 D ) •

I

•

5

•

• Dimana : 8 C energi dalam, C te"anan, ) C volume sistem•

•

• Diferensiasi, didapa!kan persamaan•

•

• dH =dU + PdV +VdP •

I

•

6

•

• ;ila persamaan 4 disu+!i!usikan ke dalam persamaan 6, maka

persamaan menjadi

•

•

• dH =d Qrev− PdV + PdV +VdP

• d Qrev=dH −VdP

•

I

•

7

•

• $ada as ideal,•

•

• dH =C p dT

• V =

RT

P

•

I

•

I

•

)

•

&

• • •



• ;ila persamaan ) dan & disu+s!i!usikan ke dalam persamaan 7

dan di+ai denan * maka,

•

dQrev

T =C p

dT

T − R

dP

P

•

I

•

10

•

• Dari persamaan dia!as,

•

dQrev

T

•

• Mena!akan sua!u diferensial en!ropi, sehina

• •

•

dS=C p

dT

T − R

dP

P

•

I

•

11

• ;ila persamaan 11 diin!erasikan denan keadaan a%al *1 dan

$1 denan keadaan akhir *2 dan $2, maka persamaan menjadi

• •

• ∆ S=∫

T 0

T

C pdT

T − R ln

P

P0

•

I

•

12

•

• $ada persamaan 12, !idak !erjadi peru+ahan en!ropi, sehina

persamaan 11 menjadi

• •

• 0=∫

T 1

T 2

C pdT

T − R ln

P2

P1

+∫T 1

T 3

C pdT

T − R ln

P3

P1

• 0=C p (lnT 2−lnT 1)− R ln

P2

P1

+C p ( lnT 3−lnT 1 )− R ln P3

P1

•

T 3lnT 2+ ln¿

¿

0=30 "#

"mol $ K ¿

• lnT 2$ T 3=10,098

• T 2 $ T 3=24294,372

•

• ;ila persamaan 13 disu+s!i!usi ke dalam persamaan 3, maka:

•

•

I

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

13



•

24294,372

T 3+T 3=590

• T 3

2−590T 3+24294,372=0

• T 3=44,539

• T 2=545,461

T 2−T 3=500,992

•

• *er+uk!i +ah%a + :+ ? B 501 K(

•

• ;ila E/ nea!if, maka proses di a!as !idak munkin !erjadi( Gika E/ J 0 maka proses

an !erjadi +ersifa! irreversible, jika E/ B 0 maka proses an !erjadi +ersifa!

reversible, jika E/ 0 maka proses !idak munkin !erjadi( n!ropi an +esar

menandakan +ah%a eneri panas kalor an hilan +esar, sedankan en!ropi an

keil menandakan +a%ah eneri panas an hilan keil( Denan demikian E/ 0

menandakan +a%ah !idak ada eneri panas an hilan( >al ini +er!en!anan denan

hukum !ermodinamika kedua an mena!akan +ah%a !idak munkin sua!u ala! dapa!

menhasilkan 100 kerja dari sua!u reser-oir saja, akan selalu ada eneri panas an

hilan ke reser-oir lainna(

•

Part 3

• A steam turbine operates at steady state with inlet conditions o$ p9 C 1 bar, + C

?:5E%. Steam leave the turbine at pressure o$ 9 bar. +here is no signi$icant heat

trans$er between the turbine and its surroundings. <inetic and potential energychanges between inlet and exit are negligible. I$ the isentropic turbine is 31F,

determine the wor" developed per unit mass o$ steam $lowing through the turbine, in

"@"g. #xplain how the e$$iciency o$ the turbine could be estimated $rom the graph

below 'ta"en $rom oran and Shapiro!s Gundamentals o$ #ngineering

+hermodynamics(.



• Ga&#ar )' Diaram hs pada sis!em !ur+in

• /um+er: Fundamen!als of nineerin *hermodnamis, Moran e! al, 2014

•

!a"a#a$%

• ;e+erapa asumsi an diunakan un!uk mendapa!kan solusi dari soal:

• /is!em steady state

• $roses adia+a!is

• neri kine!ik dan po!ensial dia+aikan

•

• $ersamaan un!uk memperoleh usaha an dilakukan oleh !ur+in:

•

W cv

m =ηt ( W cv

m )%

=ηt (1−2% )

•

• $ada !ekanan p1 B 5 +ar, dan *1 B 320L diperoleh informasi en!alpi dan en!ropi

se+aai +eriku!:

•



•

Ga&#ar *' Steam table un!uk superheated steam pada !ekanan 0,5 M$a

• /um+er: #/M /!eam *a+le ompa! di!ion, #/M, 2006

•

• Da!a en!alpi

• Ta#+, 1' Da!a en!alpi superheated steam pada !ekanan 0,5 M$a

• - .MPa/ • 300C • 320C • 30C

• 0

• 3064,6

kGk • >1

• 316),1

kGk

•

• <n!erpolasi nilai >

• H 1=3064,6+(320−300

350−300 ) (3168,1−3064,6 )

• H 1=3064,6+41,4

• H 1=3106"# /"g

•

• Da!a en!ropi

• Ta#+, 2' Da!a en!ropi superheated steam pada !ekanan 0,5 M$a

• - .MPa/ • 300C • 320C • 30C

• 0• 7,4614

kGkHL• /1

• 7,6345

kGkHL

•



• <n!erpolasi nilai /

• S1=7,4614+( 320−300

350−300 ) (7,6345−7,4614 )

• S1=7,4614+0,06924

• S1=7,5306 "# /"g &℃

•

• /is!em merupakan !ur+in isen!ropik, maka pada p2 B 1 +ar, nilai /2s B /1 B 7,5306

kGkHL( Maka nilai >2s dapa! diperoleh denan menin!erpolasi da!a / pada p2 B 1

+ar

•

•

• Ga&#ar 10' Steam table un!uk superheated steam pada !ekanan 0,1 M$a

• /um+er: #/M /!eam *a+le ompa! di!ion, #/M, 2006

•

• Dari steam table !erse+u!, dilakukan in!erpolasi un!uk mendapa!kan nilai >2s

•

• Ta#+, 3' Da!a en!alpi dan en!ropi superheated steam pada !ekanan 0,1 M$a

- .MPa/

properti

es

100C

C

10C

• 01

H • 2675,)

kGk• >2s

• 2776,6

kGk

S • 7,3610

kGkHL

• 7,5306

kGkHL

• 7,6147

kGkHL

•



"1 = ! bar

T1 = 320#$1 = 310% k&'k(

S1 = )*!30% k&'k(+,#

inle- ou-le- "2 = ! bar

$2s = 2).3*1/ k&'k(S2s = )*!30% k&'k(+,#

• H 2%=2675,8+( 7,5306−7,3610

7,6147−7,3610 ) (2776,6−2675,8 )

• H 1=2675,8+67,3854

• H 1=2743,18 "# / "g

•

• <nformasi an diperoleh adalah se+aai +eriku!:

•

•

• Ga&#ar 11' /kema sis!em !ur+in


•

• Maka, kerja dapa! diperoleh denan memasukkan nilai pada persamaan:

•

W cv

m =ηt (1−2% )

•

W cv

m =0,75 & (3106−2743,18)

•

W cv

m =272,12 "# /"g

• $enjelasan perhi!unan efisiensi dari rafik:

• /kema pada soal merupakan per+esaran dari diaram Mollier hs !erdapa! pada

steam table(

•



• Ga&#ar 12' a Diaram Mollier hs dan + perhi!unan efisiensi dari diaram

• /um+er: .oole dan hio(edu

•

Maka, un!uk memperoleh nilai efisiensi pada diaram diperlukan in!erpolasi dari !i!ik

!i!ik da!a > ser!a / an dike!ahui, in!erpolasi dilakukan denan menunakan skala

pada am+ar, !idak +erdasarkan da!a pada steam stable( $ada am+ar +, di!unjukkan

+ah%a efisiensi !ur+in merupakan pem+aian an!ara nilai kerja ak!ual a denan

nilai kerja isen!ropik s(

•

• Part 4



ou have been charged with the construction o$ a new power plant to supply 955

o$ baseload power to #coawareville, ontana. +he #coawe river is really not much

more than a stream, and during times o$ dry weather, its $low can decline to as low as

15,555 lbssec. However, itJs the only source o$ cooling available $or your power plant, so a site on the river has been selected and approved by the town council. our

7ob is to construct a vapor power cycle. +he best turbine available has a sha$t power

o$ 955 , a maximum inlet temperature o$ 9555EG and maximum inlet pressure o$

9:55 psi. +he #coawe is $ed by mountain runo$$, so it never rises above 1;EG, which

ma"es it an ideal habitat $or the rare bac"-$lipping trout. A downstream temperature

rise o$ more than 6.5EG 'i.e. a temperature over K?EG( will endanger this trout, and

the citi*ens o$ #coaware will be swi$t to demand your head on a platter. ast

experience has also shown that algae blooms occur i$ the discharged cooling water is

greater than 31EG. 'Assume atmospheric pressure $or the river(. +he water at the

turbine outlet must be at least ;5F vapor to avoid turbine damage. Set up a simple

vapor cycle that uses a heat-exchanger as its condenser. odel the river using a

source and a sin" and use a splitter and direct 15F o$ the $low o$ cooling water

through the heat-exchanger. Report on the thermal and the %arnot e$$iciency given

the above constraints. %hec" i$ the quality spec is met. a"e the $ollowing

assumptions& 'a( +he wor"ing $luid exiting the heat exchanger should be a saturated

liquid, 7ust as it would $or a Ran"ine cycleL 'b( Set equal to 95 "A at the turbine

outlet.

•

!a"a#a$%

• $enam+aran sis!em:



b

d

a

Pou-le- = 10Pinle- = 1200 "si

T = 1000,

Pou-le- = 1Sa- liuid

4ou-

5in$ea- 678an(erBoiler

4in

Turbine

Pum"

•

• Ga&#ar 13' /kema sis!em power plant di sunai oa%e


•

#sumsi:

• /iklus Rankine merupakan sis!em an steady state

• #liran pada outlet !ur+in memiliki !ekanan se+esar 10 k$a

• #liran pada outlet heat exchanger merupakan aliran saturated liquid

• #liran pada inlet dan outlet heat exchanger memiliki !ekanan an sama, ai!u se+esar

10 k$a

• /uhu aliran sunai saa! memasuki heat exchanger se+esar 5&LF

• /uhu aliran sunai pada downstream se+esar 63LF



Pinle- = 1200 "si

T = 1000,

4ou- = 100 94 = *! : 10. B-u's

Pou-le- = 10 kPa

b

•

• $eninjauan Ani! *ur+in


•

• Ga&#ar 14' /kema uni! !ur+in pada oa%e power plant


•

• $ada aliran a p B 1200 psi N * B 1000LF:

• H a=1499,7 'tu/ lb Sa=1,6927 'tu/ lb

o R

•

• $ada aliran +: $ B 10 k$a N ( )90

•

• $ersamaan umum hukum < !ermodinamika

• ∆ [m (U +

^

P*+^

K* ) ]%+%tem=Q−W −∆ [m (^ H +^

P*+^

K* ) ]!lo,

•

• #sumsi:

• neri po!ensial dan eneri kine!ik dia+aikan

• $roses +erlansun dalam keadaan steady state dan adia+a!ik @ B 0

•

• /ehina, persamaan umum hukum < !ermodinamika menjadi

• W out =m ( H a− H b ) -9,5.10

4 'tu

% =m(1499,7− H b)

'tu

lb

• m=

9,5.104 'tu

%

(1499,7− H b)'tu

lb

= 9,5.10

4

(1499,7− H b)lb

% (1)

•



P = 10 kPa

2

1 $ea- 678an(er

<ir Sun(ai

T = !,

m = !0000 lb's

Pb = 10 kPa

Sa-ura-edLiuid

3

.

b

T3* ma7 = )!,

T!* ma7 = %3,!

• $eninjauan Ani! >ea! Ohaner


•

• Ga&#ar 1' /kema uni! heat exchanger pada oa%e power plant


•

• $ada aliran 1:

• T =59

o / m1=5.10

4 lb

% H 1=27,08

'tu

lb

•

•

$ada aliran 2 dan 4 asumsi splitter !idak menu+ah nilai en!alpi, en!ropi, dan suhudari aliran sunai:

• T =59

o / m2=m4=2,5.10

4 lb

% H 2= H 4=27,08

'tu

lb

•

• $ada aliran 3

• T 3ma(=75

oC m3=2,5.10

4 lb

%



• Gadi kalor an diserap oleh aliran sunai se+esar 2 P 10 5 ;!us a!au kalor an keluar

dari heat exchanger se+esar 2 P 105 ;!us

•

• $eninjauan aliran u!ama pada heat exchanger

• #sumsi:

• B 0

• $roses +erlansun dalam kondisi steady state

• neri po!ensial dan eneri kine!ik dia+aikan

• #liran outlet dan inlet pada heat exchanger memiliki !ekanan an sama, ai!u

se+esar 10 k$a

•

• H c=82,4

'tu

lb T 3=114,4

o /

• Qout =m ( H c− H b ) - m=

Qout

( H c− H b )=

−2.105 'tu

%

(82,4− H b) 'tu

lb

= −2.10

5

(82,4− H b)lb

% (2)

• Didapa!kan persamaan 1 dan 2, maka

•

9,5.104

(1499,7− H b )lb

% =

−2.105

(82,4− H b )lb

% -0,475 H b−39,14=1499,7− H b

• 1,475 H b=1538,84- H b=1043,3

'tu

lb

•

• Maka, mass $low rate pada siklus Rankine se+esar

• m=

−2.105 'tu

%

(82,4− H b) 'tu

lb

=−2.10

5 'tu

%

(82,4−1043,3)'tu

lb

=208,14 lb

%

•

• Menhi!un kuali!as ampuran vapor-liquid pada aliran +

•

H b%at $li0uid

=82,4 'tu

lb H

b%at $ vapor

=1111,16 'tu

lb



• H b= ( H b%at $ vapor+(1− ( ) H b %at$ li0uid

• 1043,3

'tu

lb =1111,16 (

'tu

lb + (1− ( )82,4

'tu

lb

• 1043,3=1111,16 (+82,4−82,4 ( - (=0,934=93,4

•

• Gadi kuali!as ampuran vapor-liquid pada aliran + se+esar 0,&34 a!au &3,49( ilai

!erse+u! +erada pada ren!an di mana ampuran vapor-liquid pada aliran + harus )

&09 aar !idak !erjadi kerusakan pada !ur+in(

•

• Menari nilai @ in pada boiler

• #sumsi: Kerja an dilakukan pompa jauh le+ih keil di+andinkan denan kerja

an dihasilkan oleh !ur+in in ou!, maka

• Q¿+Qout =W ¿+W out

• Q¿−2.10

5 'tu

% =9,5.10

4 'tu

% - Q¿=2,95.10

5 'tu

%

•

• fisiensi *ermal

• η=

W out +W ¿

Q¿

.100=9,5.10

4 'tu

%

2,95.105 'tu

%

.100=32,2

•

•

fisiensi arno!

• T b=114,4

o / =318,8 K T a=1000

o / =810,8 K

• ηma(=(1− T c

T H ).100=(1−T b

T a ).100=(1−318,8 K

810,8 K ).100=60,68

•

• Part



•

• Ga&#ar 16' /kema sis!em superheated steam




1

T8ro--lin(ale

P! = 1 9Paṁ! = ṁ.

ṁ.. !

•

• #rus 1:

• $1 B 40

+ar

• *1 B

360L

• ṁ1 B 11

ks

•

• #rus 3:

• $3 B 1

M$a

• ṁ3 B ṁ2

•

•

• #rus 5:

• $5 B 1

M$a

• ṁ5 B ṁ4

•

•

• #rus 6:

• $6 B 1

M$a

• *6 B

240L

• ṁ6 B 11

ks

• Q !ur+in B &09 • @, k , dan p dia+aikan

•

• Di!ana:

a( Daa keluaran !ur+in ou!

+( Caju alir massa melalui throttling valve ṁ2 dalam ks

•

• $enelesaian:

• #sumsi:

•

Keseluruhan sis!em !erse+u! +erada pada kondisi steady

• Splitter !idak menu+ah nilai -olume spesifik, en!alpi, dan en!ropi V 1^ H 1 S

kons!an

• +hrottling valve adia+a!ik @ B 0

•

• Cankah per!ama, menari nilai v 1 1 % pada arus 1 !erle+ih dahulu

•

• Ta#+, 4' Da!a -olume spesifik, en!alpi, dan en!ropi superheated steam pada arus 1

- .MPa/

properti

es

30C

360C

400C

40

V • 0,0665

m3k• 1

• 0,0734

m3k

H • 30&3,3

kGk• >1

• 3214,4

kGk

S • 6,5)43 • /1 • 6,7712



kGkHL kGkHL

•

• Denan melakukan in!erpolasi, maka didapa!kan

•

V 1

=0,06788m3/"g

•^ H 1=0,06788 "# /"g

•S1=6,6217 "# /"g &℃



• Kemudian, dilanju!kan denan meninjau uni! !ur+in

•

• Ta#+, ' Da!a suhu, -olume spesifik, dan en!alpi pada !ur+in

- .MPa/

properti

es

1(*)*

C

.Satrat

+/

Ttr#5$

.C/

200C

10

V • 0,1&435

m3k• 3

• 0,2060

m3k

H • 2777,1

kGk• >3s

• 2)2),3

kGk

S • 6,5)50

kGkHL

• 6,6217

kGkHL

• 6,6&55

kGkHL

•


• T turbin=186,57℃

•V 3=0,19822m

3/"g

•^

H 3%=2794,11 "# /"g

•

• Calu, menari nilai^ H 3 denan menunakan efisiensi !ur+in, ai!u

• η=

( W

m )( W

m )%

= W

W %=^ H 2−^ H 3^ H 2−^ H 3%

• 0,9= 3117,52−^ H

3

3117,52−2794,11

•^ H 3=2826,45 "# /"g

•

• Kemudian, dilanju!kan denan meninjau arus 5, di mana throttling valve +ekerja

seara adia+a!is, sehina



•^ H 4=^ H 5=3117,52"# /"g

•

• Ta#+, 6' Da!a suhu, -olume spesifik, dan en!ropi pada throttling valve

- .MPa/

properti

es

300C

Tvalve

.C/

30C

10

V • 0,25)0

m3k• 5

• 0,2)25

m3k

H • 3051,7

kGk

• 3117,52

kGk

• 315),2

kGk

S • 7,1247

kGkHL• /5

• 7,302)

kGkHL

•


• T valve=330,9℃

•V 5=0,2731m

3/ "g

•S5=7,2348 "# /"g

•

• Kemudian, dilanju!kan denan meninjau arus 6, ai!u arus keluar

•

• Ta#+, (' Da!a -olume spesifik, en!alpi, dan en!ropi pada arus 6

- .MPa/

properti

es

200C

240C

20C

10

V • 0,2060

m3

k

• 6

• 0,2327

m3

k

H • 2)2),3

kGk• >6

• 2&43,2

kGk

S • 6,6&55

kGkHL• /6

• 6,&266

kGkHL

•


•V 6=0,22736m

3/"g



• 291,07 m2=2183,5

• m2=7,5"g /%

•

a( Menari nilai ou! !ur+in

•...........................................................................................................................................

ilai ou! pada !ur+in didefinisikan denan

•...........................................................................................................................................

W out =m (^ H ¿−^ H out )

•...........................................................................................................................................

W out =m2 (^ H 2−

^ H 3)•...........................................................................................................................................

W out =7,5& (3117,52−2826,45 )

•...........................................................................................................................................

W out =2183,02W =2,2"W

•...........................................................................................................................................

•...........................................................................................................................................G

adi, nilai ou! !ur+in adalah se+esar 2,2 k(

•...........................................................................................................................................

+( Menari nilai laju alir melalui throttling valve ṁ2

•...........................................................................................................................................

ilai laju alir melalui throttling valve didefinisikan denan

•...........................................................................................................................................

m4= m1−m2

•...........................................................................................................................................

m4=11−7,5

•...........................................................................................................................................

m4=3,5"g/%

•...........................................................................................................................................

•...........................................................................................................................................G

adi, nilai laju alir melalui throttling valve adalah se+esar 3,5 ks(

•



DAFTAR PUSTAKA

• #nonim( n(d( 0esign problems $rom +hermodynamics II. nlineS

#-aila+le a!: h!!p:%%%(Tr(nor!h%es!ern(edusof!%arelepadndesin(h!m

#essed 24 Mare! 2016S

• enel and ;oles( 2002( +hermodynamics& An #ngineering Approach( 5!h ed( A/#: M

.ra% >ill(

• Moran, M(G(, /hapiro, >(( 2014( Gundamentals o$ #ngineering +hermodynamics( )!h

ed( e% Gerse: Gohn ile U /ons <n(

• /mi!h, an ess, and #++o!( 2005( Introduction to %hemical #ngineering

+hermodynamics. 6!h ed. e% 'ork: M.ra% >ill

PBL 3_Kelompok 7

Documents

Transcript of PBL 3_Kelompok 7