27
Termodinamika II 2012 Teknik Mesin-Universitas Brawijaya
1. PENDAHULUAN 1.1 Pengantar 1.2 Tujuan
2. SIKLUS UAP CARNOT
3. SIKLUS UAP IDEAL RANKINE
4. ANALISA ENERGI SIKLUS IDEAL
RANKINE
5. IRREVERSIBILITAS DAN KERUGIAN
PADA SIKLUS AKTUAL TENAGA UAP
6. SUPERHEAT DAN REHEAT
7. SIKLUS RANKINE REGENERATIF
7.1 OPEN FEED WATER HEATER
7.2 CLOSED FEED WATERHEATER
1. PENDAHULUAN
1.1 Pengantar Sistem pembangkit tenaga uap merupakan bagian penting dari
kehidupan kita. Sistem ini banyak digunakan dalam pembangkit
energi listrik dan yang lain. Uap banyak digunakan sebagai fluida
kerja dalam sistem pembangkit karena memiliki beberapa
kelebihan, selain murah, sumber melimpah, juga memiliki
karakteristik yang cocok sebagai fluida kerja pembangkit tenaga.
Pada modul ini dibahas tentang siklus pembangkit tenaga yang
menggunakan uap sebagai fluida kerja. Pembahasan juga
dilakukan tentang pemodelan secara termodinamika dari sistem
tersebut.
1.2 Tujuan
Tujuan dari materi dalam modul ini adalah untuk
Memahami dan menguasai teori dasar Termodinamika serta
mampu menerapkannya dalam analisis Konversi Energi.
Memahami siklus tenaga uap Carnot dan Rankine.
Memahami modifikasi siklus dasar Rankine untuk meningkatkan
efisiensi termal siklus.
Menganalisa siklus tenaga uap regenerasi.
TERMODINAMIKA II SIKLUS TENAGA UAP Dr.Eng Nurkholis Hamidi dan Dr.Eng Mega Nur Sasongko
2
SELF-PR
OP
AG
ATIN
G EN
TREP
Rn
ENEU
RIA
L EDU
CA
TION
DEV
ELOP
MEN
T
(SPEED
)
28
Termodinamika II 2012 Teknik Mesin-Universitas Brawijaya
2. SIKLUS UAP CARNOT
Sitem pembangkit daya tenaga uap merupakan salah satu mesin kalo dengan
sistem pembakaran luar. Pembakaran dilakukan di luar mesin untuk
menghasilkan energi panas yang kemudian ditransfer ke uap. Energi input
tersebut kemudian sebagian diubah menjadi kerja oleh turbin dan sebagian lagi
dilepas ke lingkungan yang memiliki temperatur yang lebih rendah. Secara
skematik mesin kalor dapat dilihat pada gambar 2.1.
Siklus Carnot merupakan siklus yang paling efisien bila beroperasi
diantara dua batas temperatur. Penerapan siklus carnot untuk sistem tenaga
uap dan diagram hubungan T-s dapat dilihat pada gambar 2.2. Proses-proses
dari siklu tenaga uap Carnot adalah :
1-2: Kompresi secara isentropik (s=konstan) pada pompa
2-3: Pemasukan kalor secara isotermis (T=konstan) pada boiler.
3-4: Ekspansi secara isentropik (s=konstan) pada turbin
4-1: Proses pembuangan kalor secara isotermis (T=konstan) pada kondensor
Gambar 2.1 Skema Mesin Kalor Sumber : YA Cengel dan MA Boles, 2005
29
Termodinamika II 2012 Teknik Mesin-Universitas Brawijaya
Meskipun siklus Carnot merupakan siklus yang paling efisien, akan tetapi
kurang cocok untuk diterapkan pada sistem tenaga uap. Beberapa hal yang
membatasi penerapan siklus Carnot pada sistem tenaga uap adalah:
1. Proses pemasukan dan pembuangan kalor yang dilakukan secara
isothermal hanya mudah dilakukan ketika berada pada daerah
perubahan fase cair-uap. Pada kenyataannya daerah perubahan fase
cair-uap sangat terbatas, sehingga membatasi daerah kerja sistem
tenaga uap apabila menggunakan siklus Carnot. Selain dari itu
keterbatasan temperatur maksimum juga akan membatasi efisiensi
termal dari siklus Carnot.
2. Proses kompresi dan ekspansi isentropik pada Pompa dan Turbin
dilakukan pada kondisi uap campuran (uap basah). Kandungan uap
pada likuid tentunnya kurang baik bagi kerja pompa, sebaliknya
adanya kandungan cairan kurang baik juga untuk kerja turbin.
Kekurangan-kekurangan tersebut yang mengakibatkan siklus Carnot menjadi
kurang realistik atau tidak dapat diterapkan dalam system tenaga uap.
Gambar 2.2 Siklus Tenaga Uap Carnot
Sumber : YA Cengel dan MA Boles, 2005
1
2
4
3
Qout
Pompa
Boiler
Kondensor
Turbin
3
1
2
4
Qin
Wout
Win
30
Termodinamika II 2012 Teknik Mesin-Universitas Brawijaya
Contoh soal 1 :
Sebuah siklus tenaga uap Carnot menggunakan air sebagai fluida kerja dengan alran steady. Air berubah dari cair jenuh menjadi uap jenuh pada proses pemasukkan kalor terjadi pada tekanan 80 bar. Proses pembuangan kalor pada kondensor terjadi pada tekanan 0,08 bar. Gambarkan T-s diagram dari siklus tersebut dan hitunglah
(c) Effisiensi termal (d) Panas input (e) Panas output pada kondensor
Jawab :
1
2 3
4
80 bar
0,08 bar
T
s
Analisa :
Keadaan 1 : P1 = 0,08 bar s1 = s2 = 3,208 kJ/kg.K ; 3423,01
11
1
fg
f
s
ssx ;
kgkJhxhh fgf /46,996. 111
(nilai s1, hf, hfg diperoleh dari tabel uap jenuh pada tekanan 0,08 bar) Keadaan 2 : P2 = 80 bar ; s1 = s2 = 3,208 kJ/kg.K ; cairjenuh ;
kgkJhh f /6,131622 ( dari tabel uap jenuh pada tekanan 80 bar)
Keadaan 3 : P3 = 80 bar ; uap jenuh ; s3 = 5,7432 kJ/kg.K ; kgkJhh g /275833
(nilai s3, hg3 diperoleh dari tabel uap jenuh pada tekanan 80 bar)
Keadaan 4 : P4 = 0,08 bar ; s4 = s3 = 5,7432 kJ/kg.K ; 6745,04
44
4
fg
f
s
ssx ;
kgkJhxhh fgf /8,1794. 444
(nilai sf4, hf4, hfg4 diperoleh dari tabel uap jenuh pada tekanan 0,08 bar) Dari tabel uap jenuh diketahui TL = T1 = Tsat 0,08 bar = 314,66 K dan
TH = T2 = Tsat 80 bar = 568,25 K
(c) Effisiensi termal %63,4425,568
66,31411max
H
L
T
T
(d) kgkJhh
m
Qin /4,144123
(e) kgkJhh
m
Qout /34,79814
31
Termodinamika II 2012 Teknik Mesin-Universitas Brawijaya
3. SIKLUS UAP IDEAL RANKINE Beberapa kesulitan yang terkait dengan permasalahan teknis dari siklus
Carnot dapat dipecahkan dengan merubah beberapa proses dan juga daerah
operasional dari sistem tenaga uap. Siklus Rankine merupakan solusi dari
keterbatasan siklus Carnot untuk diterapkan pada system tenaga uap. Siklus
sederhana Rankine memiliki komponen-komponen alat yang sama seperti pada
siklus Carnot. Akan tetapi, proses-proses dari siklus ideal Rankine adalah
sebagai berikut :
1-2: Kompresi isentropik pada pompa 2-3: Pemasukkan kalor secara isobarik pada boiler
3-4: Ekspansi isentropik pada turbin 4-1: Pemuangan kalor secara isobarik pada kondensor
Gambar 2.3 menunjukkkan sistem tenaga uap dengan siklus ideal
Rankine. Dari gambar tersebut dapat dijelaskan bahwa air masuk ke dalam
pompa pada cair jenuh (saturated liquid), yakni pada keadaan 1. Air dikompresi
oleh pompa sehingga air dalam fase cair tekan (compressed liquid) pada
keadaan 2. Proses kompresi dilakukan secara entropi konstan sehingga s1 = s2.
Gambar 2.3 (a) Instalasi tenaga uap sederhana dan (b) diagram T-s siklus ideal Rankine
Sumber : YA Cengel dan MA Boles, 2005
(a) (b)
32
Termodinamika II 2012 Teknik Mesin-Universitas Brawijaya
Air masuk kedalam boiler pada keadaan 2 dan keluar dengan kondisi uap
panas lanjut (superheated steam) pada keadaan 3. Proses pemasukkan kalor
dalam boiler dilakukan secara tekanan konstan sehingga P2 = P3. Setelah keluar
dari boiler, uap panas lanjut kemudian diekspansikan pada turbin pada entropi
yang tetap (s3 = s4). Tekanan dan temperature uap keluar turbin mengalami
penurunan sehingga pada kondisi uap jenuh basah (campuran uap dan cair)
pada keadaan 4. Pada keadaan ini uap masuk ke dalam kondensor untuk proses
pembuangan kalor secara isobarik, dimana P4 = P1. Fluida kerja keluar dari
kondensor kembali pada keadaan 1 yakni pada fase cair jenuh. Siklus ideal
Rankine tidak terdapat irreversibilitas internal, semua proses dilakukan secara
reversible.
4. ANALISA ENERGI SIKLUS IDEAL RANKINE
Sistem tenaga uap sederhana siklus Rankine terdiri atas empat
komponen yakni Pompa, Boiler, Turbin dan Kondensor. Dalam analisa energinya
ke-empat komponen alat tersebut dianggap sebagai peralatan dengan aliran
tunak (steady-flow devices). Perubahan-perubahan energy kinetic dan potensial
gravitasi pada peralatan juga diabaikan, sehingga persamaan kesetimbangan
energy pada peralatan dapat disederhanakan sebagai :
Untuk analisa energy tiap-tiap komponen alat dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Pompa
Kerja pompa dapat dihitung dengan dasar kesetimbangan massa dan
energi untuk aliran tunak (steady-flow). Perubahan energi kinetic dan
potensial gravitasi diabaikan dan diasumsikan bahwa pompa bekerja
secara adiabatik reversible (isentropik).
outinoutinoutin
outinoutinoutin
outinoutin
outinoutinoutin
hhwwqq
hhmWWQQ
zzgvv
hhmWWQQ
)()(
)()()(
0)(2
)()()(
22
(2.1)
(2.2)
(2.3)
0 0
33
Termodinamika II 2012 Teknik Mesin-Universitas Brawijaya
2. Boiler
Seperti pada perhitungan kerja pompa, transfer panas pada boiler dapat
dihitung dengan dasar kesetimbangan massa dan energi untuk aliran
tunak (steady-flow). Perubahan energy kinetik dan potensial gravitasi
juga diabaikan.
○1
○2
E 1 = m1h1
E 2 = m1h1
W pompa
( )
m m m
m h W m h
W m h h
pump
pump
1 2
1 1 2 2
2 1
pompa
pompa
Seperti yang telah dipelajari, bahwa salah satu bentuk hubungan perubahan
entalpi adalah sebagai berikut:
(2.4)
Proses kompresi 1-2 merupakan proses isentropik sehingga ds=0. Persamaan
2.3 dapat disederhanakan menjadi :
(2.5)
Karena fluida yang dipompa adalah air dalm fase cair yang bersifat tidak mampu
mampat (incompressible), sehingga volume fluida selam kompresi adalah tetap
(v1=v2).
v v const
h h v P P
1
2 1 1 2 1
.
( )
konstan
Kerja pompa dapat dihitung :
(2.6)
( ) ( )
( )
W m h h mv P P
wW
mv P P
pump
pump
pump
2 1 1 2 1
1 2 1
pompa
pompa
pompa
34
Termodinamika II 2012 Teknik Mesin-Universitas Brawijaya
3. Turbin
4. Kondensor
Jumlah panas yang dilepas pada kondensor (Qout) dapat dihitung sebagai berikut:
○1 ○4
E 4 = m4h4
E 1 = m1h1
Qout
(2.10) )( 14
1144
14
hhmQ
hmQhm
mmm
out
out
Kerja turbin juga dihitung dengan dasar kesetimbangan massa dan energi untuk
aliran steady. Perubahan energi kinetik dan potensial gravitasi diabaikan.
○3
○4
E 4 = m4h4
Wturbin
E 3 = m3h3
( )
m m m
m h W m h
W m h h
turb
turb
3 4
3 3 4 4
3 4
(2.8)
Transfer panas pada boiler (Qin) dapat dihitung :
○3 ○2
E 3 = m3h3
E 2 = m2h2
Qin
( )
m m m
m h Q m h
Q m h h
in
in
2 3
2 2 3 3
3 2
(2.7)
35
Termodinamika II 2012 Teknik Mesin-Universitas Brawijaya
Contoh soal 2 :
Sebuah siklus tenaga uap ideal Rankine menggunakan air sebagai fluida kerja dengan alran steady. Uap masuk turbin pada tekanan 80 bar dan 480oC. Sedangkan uap keluar kondensor diketahui pada keadaan cair jenuh dengan tekanan 0,08 bar . Gambarkan T-s diagram dari siklus tersebut dan hitunglah
(a) Panas input agar mengahasilkan kerja siklus 100 MW (b) Effisiensi termal
Jawab :
Analisa : Keadaan 1 : P1 = 0,08 bar ; cair jenuh ; dari tabel uap jenuh diketahui
kgkJhh f /88,17311 ; v1 = vf1= 0,0010084 m3/kg
Keadaan 2 : P2 = 80 bar ; s1 = s2 ; kgkJPPvhh /94,181)( 12112
Keadaan 3 : P3 = 80 bar ; T3 = 480oC ; dari tabel uap panas lanjut diperoleh
s3 = 6,6586 kJ/kg.K ; kgkJh /4,33483
Keadaan 4 : P4 = 0,08 bar ; s4 = s3 = 6,6586 kJ/kg.K ; 7944,04
44
4
fg
f
s
ssx ;
kgkJhxhh fgf /9,2082. 444
(a) Massa alir uap dapatdihitung dari :
skghhhh
Wm
siklus/53,79
)()( 1243
Jadi kalor input agar menghasilkan kerja 100 MW
MWhhmQin
8,251)( 23
(b) Effisiensi termal %7,398,251
100
in
siklus
termal
Q
W
1
2
3
4
80 bar
0,08 bar
T
s
480oC
36
Termodinamika II 2012 Teknik Mesin-Universitas Brawijaya
5. IRREVERSIBILITAS DAN KERUGIAN PADA SIKLUS AKTUAL
TENAGA UAP
Siklus aktual tenaga uap berbeda dengan siklus ideal Rankine. Gesekan
pada fluida dan kerugian panas ke lingkungan sering menjadi penyebab
irreversibilitas dan kerugian pada sistem pembangkit tenaga uap. Faktor-faktor
tersebut juga mempengaruhi unjuk kerja dari peralatan-peralatan yang ada.
Gesekan fluida pada saluran sering menyebabkan penurunan tekanan
(pressure drop) terutama pada boiler dan kondensor, sehingga mengakibatkan
uap pada keadaan tekanan yang lebih rendah dari idealnya. Transfer panas dari
turbin ke lingkungan juga menyebabkan kerugian tersendiri. Akan tetapi,
kerugian ini sering dianggap minor dan dapat diabaikan. Hal penting yang perlu
dicermati dari sistem tenaga uap ini adalah adanya proses yang irreversibel
pada turbin dan pompa. Seperti yang diilustrasikan pada gambar 2.4, proses
kompresi pada pompa dan ekspansi pada turbin secara actual mengakibatkan
kenaikkan entropi. Entropi dihasilkan dari proses yang tidak reversible.
Irreversibilitas pada turbin mengakibatkan kerja yang dihasilkan menjadi lebih
kecil. Secara ideal, uap harusnya diekspansikan dari keadaan 3 ke 4s, akan
tetapi secara aktual ekspansi terjadi dari keadaan 3 ke 4a, seperti yang terlihat
pada gambar 2.4. Penurunan kerja turbin tentunya mempengaruhi unjuk kerja
keseluruhan dari system tenaga uap.
Gambar 2.4 Pengaruh irreversibilitas pada pompa dan turbin
Sumber : YA Cengel dan MA Boles, 2005
37
Termodinamika II 2012 Teknik Mesin-Universitas Brawijaya
Effisiensi dari turbin akibat dari proses yang tidak reversible dapat dinnyatakan
sebagai:
s
a
isentropik
aktualT
hh
hh
w
w
43
43
(2.11)
Akibat proses yang tidak reversible juga mengakibatkan kerja aktual pompa
menjadi lebih besar dibandingkan apabila proses kompresi dapat berlangsung
secara isentropik. Seperti yang terlihat pada gambar 2.4, proses yang
seharusnya isentropik dari keadaan 1ke 2s, pada kondisi aktualnya mengalami
penyimpangan dari keadaan 1 ke 2a. Effisiensi pompa dapat dinyatakan sebagai
berikut:
12
12
hh
hh
w
w
a
s
aktual
isentropik
P
(2.12)
6. SUPERHEAT DAN REHEAT Modifikasi siklus Rankine telah dilakukan dengan tujuan mendapatkan
effisiensi termal siklus yang lebih baik. Peningkatan effisiensi pada sistem
pembangkit daya terutama pada skala besar merupakan sesuatu hal penting
karena dapat mengurangi biaya proses pembangkitan, meskipun peningkatan
effisiensi itu kecil. Salah satu dari modifikasi siklus Rankine yang telah
diterapkan terutama pada pembangkit tenaga yang besar adalah panas lanjut
(superheat) dan pemanas ulang (reheat). Sebelum kita membahas tentang
superheat dan reheat, kita perlu berdiskusi tentang usaha peningkatan effisiensi
termal siklus Rankine melalui peningkatan tekanan boiler.
Peningkatan tekanan boiler merupakan salah satu cara untuk
meningkatkan temperatur rata-rata pada proses pemasukkan kalor yang dapat
meningkatkan effisiensi termal siklus. Pengaruh peningkatan tekanan boiler ini
dapat dilihat diagram T-s pada gambar 2.5. Meskipun peningkatan tekanan
boiler mampu meningkatkan effisiensi termal siklus, aAkan tetapi, disisi lain
dapat mengakibatkkan penurunan kualitas uap pada sisi keluar turbin, karena
ada pergeseran siklus kearah kiri. Penurunan kualitas uap mengakibatkan
38
Termodinamika II 2012 Teknik Mesin-Universitas Brawijaya
meningkatnya kandungan droplet air dalam uap yang dapat menurunkan
effisiensi turbin dan juga meusak sudu-sudu turbin.
Untuk mengatasi masalah penurunan kualitas uap pada peningkatan
tekanan boiler dapat dilakukan dengan cara mengekspansikan uap pada turbin
dalam dua tingkatan dan melakukan pemanasan ulang (reheating) diantara
tingkat ekspansi tersebut. Diagram T-s untuk siklus Rankine yang menggunakan
pemanas ulang ditunjukkan oleh gambar 2.6.
Gambar 2.6 Modifikasi siklus Rankine dengan pemanas ulang (reheat)
Sumber : YA Cengel dan MA Boles, 2005
Gambar 2.5 Pengaruh peningkatan tekanan boiler pada siklus Rankine
Sumber : YA Cengel dan MA Boles, 2005
39
Termodinamika II 2012 Teknik Mesin-Universitas Brawijaya
Pada siklus ideal Rankine dengan pemanas ulang, ekspansi dilakukan
dalam dua tingkat. Ekspansi tingkat pertama dilakukan pada turbin tekanan
tinggi secara isentropik. Setelah proses ekspansi pertama, uap kemudian
dipanaskan kembali pada boiler pada tekanan konstan. Pemanasan ulang ini
umumnya dilakukan hingga mencapai temperatur yang sama dengan
temperatur masuk turbin tingkat pertama. Uap kemudian diekspansikan kembali
pada turbin tekanan rendah hingga mencapai tekanan kondensor. Dengan cara
ini, pada umumnya uap keluar turbin masih dalam kualitas tinggi yakni sekitar
90% (x6=0,9). Perubahan perhitungan panas masuk dan kerja turbin untuk
siklus Rankin dengan pemanas ulang ini adalah:
Kalor input:
)()( 4523 hhhhmQQQ reheatprimerin
(2.13)
Kerja Turbin:
)()( 6543,hhhhmWWW IITurbinITurbintotalTurbin
(2.14)
7. SIKLUS RANKINE REGENERATIF
Modifikasi lain yang biasanya diterapkan dalam pembangkit tenaga
uap yang besar adalah ekstraksi dan regenerasi. Bentuk modifikasi ini
adalah dengan meng-ekstrak sebagian aliran uap keluar dari dari turbin
tingkat pertama untuk memanasi air keluar dari pompa. Alat yang
digunakan pada proses ini dinamakan regenerator atau feed water heater.
Ada dua macam regenerator, yakni open feed water heater dan closed
feed water heater.
7.1 OPEN FEED WATER HEATER
Open feed water heater pada dasarnya adalah sebuah bak pencampur
(mixing chamber). Uap yang diekstraksi dari turbin tingkat pertama dicampur
dengan air keluar dari pompa. Gambar 2.7 menunjukkan skema alat open feed
ater heater serta diagram T-s nya.
40
Termodinamika II 2012 Teknik Mesin-Universitas Brawijaya
Dalam siklus Rankine regerentif ideal, uap masuk turbin pada keadaan 5
kemudian diekspansikan pada turbin secara isentropik hingga tekanan pada
keadaan 6. Pada keadaan ini sebagian uap di ekstrak untuk dialirkan ke open
feed water heater secara isobarik, dan sebagian uap lagi terus diekspansikan
hingga tekanan kondensor (pada keadaan 7). Uap keluar kondensor pada
keadaan 1 kemudian dipompa (pada Pompa I) secara isentropik hingga tekanan
open feed water heater pada keadaan 2 dan dicampur dengan uap hasil
ekstraksi dari turbin tingkat pertama sehingga mencapai keadaan 3. Hasil
campuran kemudian dipompa secara isentropik oleh pompa kedua sehingga
mencapai tekanan boiler yakni pada keadaan 4 dan dipanaskan pada boiler
hingga mencapai keadaan 5.
Analisa termodinamika siklus Rankine regenerativ seperti yang
diilustrasikan pada gambar 2.7 adalah sebagai berikut:
Pada kondisi tunak (steady) maka kesetimbangan massa pada keadaan 5-6-7
adalah :
765 mmm
Dimana
5m adalah massa alir uap masuk turbin,
6m massa alir uap ekstraksi
dari turbin tingkat pertama, dan
7m adalah massa alir uap keluar turbin tingkat
ke dua.
Gambar 2.7 Siklus Rankine regenerative denga open feed water heater
Sumber : YA Cengel dan MA Boles, 2005
41
Termodinamika II 2012 Teknik Mesin-Universitas Brawijaya
Apabila dibagi dengan
5m , maka diperoleh:
1
5
7
5
6
m
m
m
m
Jika fraksi uap yang diekstraksikan terhadap uap total adalah y atau
5
6
m
my
y
m
m
1
5
7 atau
57 )1( mym (2.15)
Jika massa alir uap pada boiler adalah
m , maka
mm5 . Analisa untuk energi,
kerja pompa dan kerja turbin adalah sebagai berikut: Kalor input
Qin =
m (h5 – h4) (2.16)
Kalor output
Qout = (1-y)
m (h7 – h1) (2.17)
Kerja Turbin
WTurbin, total =
m (h5 – h6) + (1-y)
m (h6 – h7) (2.18)
Kerja Pompa
Wpmpa, total = Wpompa I + Wpompa II
Wpmpa, total = (1-y)
m (h2 – h1) +
m (h4 – h3) (2.19)
= v1 (P2 – P1) + v3 (P4 – P3)
7.1 CLOSED FEED WATER HEATER
Tipe lain dari regenerator atau feed water heater yang juga diaplikasikan
dalam siklus Rankine regenerative adalah closed feed water heater. Pada tipe
ini, tidak ada pencampuran antara uap ekstraksi dari turbin dengan air keluaran
pompa. Perpindahan panas dilakukan melalui pipa-pipa penukar kalor, sehingga
tetap ada dua aliran fluida dengan tingkat tekanan yang berbeda. Skema alat
dan diagram T-s dapat dilihat pada gambar 2.8.
42
Termodinamika II 2012 Teknik Mesin-Universitas Brawijaya
Analisa aliran massa uap pada closed feed water heater (Gambar 2.8), yakni:
876 mmm
Jika fraksi uap yang diekstraksikan terhadap uap total adalah y atau
8
7
m
my
y
m
m
1
6
8 atau
68 )1( mym (2.20)
Jika massa alir uap pada boiler adalah
m , maka
mm6 . Analisa untuk energi,
kerja pompa dan kerja turbin adalah sebagai berikut:
Kalor input pada boiler
Qin =
m (h6 – h5) (2.21)
Kalor output
Qout = (1-y)
m (h8 – h1) (2.22)
Kerja Turbin
WTurbin, total =
m (h6 – h7) + (1-y)
m (h7 – h8) (2.23)
Gambar 2.8 Siklus Rankine regenerative denga closed feed water heater
Sumber : YA Cengel dan MA Boles, 2005
43
Termodinamika II 2012 Teknik Mesin-Universitas Brawijaya
Kerja Pompa
Wpmpa, total = Wpompa I + Wpompa II (2.24)
Wpmpa I = (1-y)
m (h2 – h1)
= v1 (P2 – P1)
Wpompa II = y
m (h4 – h3)
= v3 (P4 – P3)
REFERENSI
Michael J. Moran dan Howard N.Saphiro, Fundamentals of Engineering
Thermodynamics, John Willey & Sons, 1993 Y.A Cengel dan M.A Boles, Thermodymics An Engineering Approach, (5th
Edition), Mc Graw Hill, 2006
TUGAS
1. Suatu sistem tenaga uap bekerja dengan siklus Rankine. Uap keluar boiler pada keadaan tekanan 80 bar dan temperatur 480 oC. Uap kemudian diekspansikan pada turbin, sehingga uap keluar turbin pada
tekanan 0,08 bar. Uap didinginkan pada kondensor secara isobarik sehingga kondisi mencapai cair jenuh. Diketahui effisiensi pompa
p = 0,7 dan effisiensi turbin T = 0,85. Hitunglah a. Effisiensi thermal siklus !
b. Massa alir uap, agar kerja bersih (Wnet) yang dihasilkan 50 MW!
2. Suatu sistem tenaga uap bekerja dengan siklus Rankine dengan
sebuah open feed water heater. Uap keluar turbin tingkat pertama
pada keadaan 520oC, 120 bar. Uap kemudian diekspansikan hingga tekanan 10 bar. Pada tekanan 10 bar tersebut sebagian uap diekstrak
dan dialirkan ke feed water heater dan sisanya diekspansikan ke turbin tingkat kedua hingga 0,06 bar. Uap keluar feed water heater pada kondisi cair jenuh pada tekanan 10
bar. Apabila pompa dan turbin bekerja secara isentropik, gambarkan diagram T-s nya dan hitunglah :
a. Effisiensi thermal siklus ! b. Kerja siklus
Top Related