makalah termodinamika_pemicu 3_kelompok 8

7/21/2019 Makalah Termodinamika_Pemicu 3_Kelompok 8

1/24

MAKALAH TERMODINAMIKA

PEMICU III

PROSES-PROSES SIKLIK

Disusun Oleh:

Kelompok 8

Hni!i "uln#$i %&'(&&%'))

Re*hn +on,hn %&'(&()&'

S,$io .imo "i/$#ono %&'(&&'()(

Ti,en Pins,i %)'(8&'0

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

1AKULTAS TEKNIK

UNI2ERSITAS INDONESIA

DEPOK

MARET &'%


2/24

Pemicu III : PROSES-PROSES SIKLIK

DA1TAR ISI

D!,$ Isi 3333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333 %

Sol Pe$,m 333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333 &

Sol Ke#u 333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333 &

Sol Ke,i4 333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333 &

Sol Keemp, 33333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333 0

D!,$ Pus,k 333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333&'

Makalah Termodinamika 1


3/24


Sol Pe$,m

Anda baru bekerja di perusahaan konsultan. Pekerjaan pertama yang dilakukan

adalah menyelidiki kelayakan penggunaan tenaga panas Bumi. Di suatu daerahpegunungan tersedia sumber uap panas bertekanan rendah yang sangat berlimpah

sehingga berpotensi menghasilkan energi listrik beberapa ratus MW bila dapat

dibuat alat yang tepat. Diusulkan untuk menggunakan sikluspower plantdengan

menggunakan working fluid berupa tetrafluroethane (HFC!"#a$ dengan rute

seperti pada gambar di ba%ah ini. Di sekitar lokasi juga tersedia air dingin dalam

jumlah berlimpah (ingat ini di pegunungan$. HFC!"#a &air jenuh keluar

kondesor pada suhu '!oC dipompa hingga men&apai tekanan # psia lalu

dialirkan ke boiler dan keluar sebagai superheated vapor. )ap HFC!"#a

kemudian diekspansikan pada turbin. *ebagai pilot-plant akan dibuat sebuah

power plantdengan kapasitas ' MW (output bersih+ dikurangi daya untuk pompa$.

,-isiensi turbin adalah sebesar /0 dibanding proses isentropis dan e-isiensi

pompa adalah 10.

a. Berapakah tekanan keluar turbin yang saudara rekomendasikan2

b. 3entukanlah jumlah working fluid yang disirkulasikan per jam.

&. 3entukanlah kebutuhan daya untuk pemompaan.

d. Cukup layakkah ide ini untuk dilaksanakan dan juga rekomendasi untuk

perbaikan sistem ini.

)ntuk Penyederhanaan+ abaikanpressure dropdi boiler dan di kondnser.



4/24


+56n

Diketahui siklus 4ankine untuk proses ini adalah sebagai berikut5

7m6$ %3*iklus 4ankine untuk soal nomor !

3ekanan -luida kerja ketika keluar turbin akan sama dengan tekanannya ketika

-luida kerja masuk kondenser. 6arena proses pada kondenser merupakan proses

isobarik+ maka dapat ditentukan tekanan -luida ketika masuk kondenser dengan

menggunakan data tekanan keluar kondenser.

P1=P4

7ilai P! dapat diperoleh dari saturated steam table untuk re-rijeran !"#a pada

kondisi &air jenuh.

Berdasarkan tabel diatas+ diperoleh tekanan jenuh untuk re-riejran !"#a dengan

interpolasi adalah /+1! bar pada suhu '!oC. Dengan melakukan kon8er /+1! bar

menjadi /+/9 psia+ maka

P1

=P4

=85,587 psia

3ekanan keluar turbin (atau masuk kondenser$ adalah 80089 psi.



5/24


)ntuk memperoleh nilai massa yang dialirkan perjam. Maka dilakukan proses

penghitungan berikut5

Melihat hubungan e-isiensi turbin dengan siklus rankine yang dimiliki5

t=h3h4

h3h4 s

Dari persamaan diatas+ pembilang merupakan nilai kerja nyata per satuan massa

dan penyebut merupakan nilai kerja ideal per satuan massa. Dari data yang

dimiliki5

0,85=135,79h

4

135,79h4s

7ilai h" diperoleh dari superheated steam tableuntuk re-rijeran !"#a pada #

psia dan ''oF (literature diperoleh dari buku 3ermodinamika 3eknik oleh

Mi&hael :. Moran$. Agar mengetahui nilai kerja nyata+ maka dibutuhkan nilai h#.

7amun+ untuk memperoleh h#dibutuhkan nilai h#s(H#isentropis$ terlebih dahulu

Menentukan nilai h#sdari nilai entropi pada kondisi #s dan " yang merupakan

kondisi isentropis. 7ilai entropi pada kondisi " dapat ditentukan darisuperheated

steam tableuntuk re-rijeran !"#a pada # psia dan ''oF

s3=0,2343 btu

lb R=s4 s

Memeriksa -asa pada kondisi #s. Diketahui pada nilai entropi pada kondisi #s

adalah +'"#" btu;lbo4 dan tekanannya adalah /+/9 psi. Berdasarkan tabel

saturated steam untuk re-rijeran !"#a+ nilai entropi uap jenuhnya pada tekanan

/+/9 adalah +'!9" btu;lbo4. Dengan demikian5

s4s .sat> s4s

6arena s#s.sat lebih besar dari s#s++ -asa re-rijeran setelah keluar dari turbin masih

superheated.

Men&ari suhu ketika tekanannya /+/9 psi dan entropinya +'"#" btu;lbo4. Hal

ini dibantu dengan superheated steam untuk re-rijeran !"#a. 3abel berikut

meringkas hasil interpolasi yang dilakukan. Warna biru menunjukan tekanannya

dan %arna ungu menunjukan temperaturnya.


6/24


S psi/+/9

psi1 psi

oF +''"1 +''' +''/

!o

F +'"'9 +'"1 +''1/

!9+=#oF +'"#"

*uhu ketika tekanannya /+/9 psi dan entropinya +'"#" btu;lbo4 adalah

!9+=#oF.

Men&ari enthalpy ketika tekanannya /+/9 psi+ entropinya +'"#" btu;lbo4 dan

suhunya !9+=#oF. Hal ini dibantu dengan superheated steam untuk re-rijeran

!"#a. 3abel berikut meringkas hasil interpolasi yang dilakukan. Warna biru

menunjukan tekanannya dan %arna ungu menunjukan temperaturnya.


7/24


m=

7,2.109 J

jam

13694,1J

lb

=525773,87 lb

jam=238487

kg

jam

Massa re-rijeran !"#a yang dibutuhkan dalam siklus ini per jamnya adalah

&)889 k4.

)ntuk menentukan kebutuhan daya untuk pemompaan+ dilakukan tahaptahap

berikut.

Menghitung entalpi pada kondisi 's dengan persamaan berikut5

v s1(P2 sP1)=h2 s h1

0,01311 (40085,587 )=h2 s33,89

h2 s =38,01

btu

lb

Menghitung h'5

t=h2 sh1

h2h1

0,9=38,0133,89

h2

33,89

h2=38,46

btu

lb

Men&ari kerja nyata5

Wt

m =38,4633,89=4,57

btu

lb =4817,9

J

lb

Men&ari daya5

Makalah Termodinamika


8/24


P=4817,9J

lb (525773,87 lb

jam )=2533122890 J

jam=703645,25

J

s

Daya pompa adalah 9"=#/+'/ W (atau +9 MW$

)ntuk kelayakan sistem+ sistem ini sudah &ukup layak karena tidak banyak energi

yang terbuang dari proses. 7amun+ sistem ini masih bisa ditingkatkan kinerjanya

dengan &ara seperti diba%ah ini5

Pemanasan ulang. Merupakan modi-ikasi lanjut dari pemanasan lanjut.

Pada sistem ini+ uap pada -asasuperheatedyang memasuki turbin pertama

akan dipanaskan kembali pada generator uap. *etelah dilakukan

pemanasan ulang. )ap masuk ke turbin kedua dan proses ekspansi

berlangsung sehingga -luida kerja men&apai tekanan &ondenser. Dengan

melakukan reheat+ e-isiensi dari sistem akan meningkat karena tekanan

boiler akan lebih tinggi sehingga temperature penambahan energi akan

meningkat. 6ualitas uap yang memasuki &ondenser juga akan meningkat.

*istem regenerasi. Pada sistem ini+ setelah uap men&apai turbin pertama+

uap akan memasukisplitterdan terbagi menjadi dua jalur. Pada jalur

pertama+ uap akan memasuki &ondenser untuk menjalani proses

kondensasi. Pada jalur kedua+ uap akan memasuki kefeedwaterheater

terbuka dimana aka nada kontak antara uap dan air dari pompa ! sehingga

tekanan kedua -asa seragam sebelum dipompa kembali dengan pompa '.

Dengan sistem ini temperature penambahan energi akan meningkat

sehingga e-isiensi termal juga meningkat.

Makalah Termodinamika !


9/24


Sol Ke#u

Bagaimana pendapat anda terkait pernyataan ini5

>Many of the impracticalities associated with the reversed Carnot cycle can be

eliminated by vaporizing the refrigerant completely before it is compressed and by

replacing the turbine with a throttling device, such as an expansion valve or

capillary tube

+56n

*iklus &arnot bersi-at reversible dengan keempat prosesnya dan melibatkan

interaksi antara panas dan kerja. *iklus re8ersible beroperasi dengan berla%anan

arah jarum jam disebut reversed Carnot cycle. *iklus Carnot sangat berguna dan

selalu dijadikan model siklus termodinamika. *iklus &arnot ini mempelajari

bagaimana parameter yang berbeda mempengaruhi kinerja siklus termodinamika.

7amun terdapat masalah yang membuat siklus Carnot menjadi tidak praktis

dengan beberapa alasan berikut5

!. Boiler 5 Perpindahan panas isothermal menghilangkan kemungkinan

umpan dalam boiler berupa subcooled liuid atau memproduksi

superheated vapor dalam keluaran boiler

'. 3urbin 5 ,kspansi adiabati& menghasilkan kualitas steam yang rendah

dalam umpan di turbin.


10/24


#. Pump 5 6ualitas ? dalam umpan pompa yang dapat mengakibatkan

kerusakan pada pompa

Dengan beberapa alasan+ sebenarnya tidak ada siklus nyata yang re8ersible.*elain itu masalah juga ditemukan pada siklus &arnot dengan

mempertimbangkan masalah tambahan pada siklus &arnot uap. *iklus &arnot

uap ini memiliki syarat yaitu boiler harus beroperasi isothermal+ seperti yang

ditunjukkan garis !' pada diagram 3* diba%ah. Hal ini membuat lebih

mudah untuk mengatur perpindahan panas melalui perbedaan suhu yang

sangat ke&il+ namun masalahnya adanya larangan untuk memproduksi

superheated vaporpada boiler. Padahal turbin dapat rusak jika kualitas limbah

turun terlalu rendah. :ika kita mampu memasukkan umpan berupa

superheated vapor pada turbin+ kita dapat meningkatkan kualitas keluaran

turbin. *elain itu siklus &arnot juga memiliki syarat bah%a kondensor harus

beroperasi se&ara isothermal (garis "#$ yang berarti keluaran pada turbin

tidak dapat berupasuperheated vapor.Hal ini dapat menyebabkan lagi pada

mesin turbin dan mengeluarkan biaya untuk perbaikannya. Akhirnya pompa

yang paling e-isien untuk siklus daya uap tidak beroperasi dengan baik ketika

uap dijadikan umpannya. 7amun kondensor di ran&ang dan dioperasikan

untuk memproduksisaturated liuid dan pompa isentropi& akan menghasilkan

subcooled liuid pada tekanan boiler. Hal ini lah yang tidak memungkinkan

boiler beroperasi se&ara isothermal dan siklus 4ankine menjadi solusi untuk

menghindari masalah pada siklus Carnot ini.

@ambar *iklus dan Proses Diagram *iklus Carnot

Makalah Termodinamika #


11/24


(sumber 5 http5;;%%%.learnthermo.&om;3!tutorial;&h1;lessonB;pg!.php$

*iklus &arnot dapat diterapkan pada uap dengan menggantikan salah satu

komponen alat prosesnya. Pada siklus re-rigerasi kompresi uap+ re-rigerant telah

menguap sebelum di kompres dan turbin di gantikan dengan alat throttle. 6arena

penggantian ini+ ketidakpraktisan pada siklus re8ersibel &arnot dapat dihilangkan

dan siklus berubah menjadi irreversible.


12/24


gas yang tersedia dalam ejektor. Penginjeksian -ase &air ke aliran &epat dari -asa

uap dan memisahkan kerja untuk tinggi dan -ase densitas rendah agar men&apai

keuntungan dalam e-isiensi. Dalam hal ini+ rasio kompresi telah diturunkan

dengan menurunkan tekanan pada discharge di kompresor+ bukan dengan

meningkatkan tekanan padasuction. Hasilnya menunjukkan bah%a tekanan pada

ejektor meningkat sebesar !/!=0 dan prototype men&apai penghematan energi

sebesar !=0.

Sol Ke,i4

Anda diminta meran&ang sistem re-rigerasi dengan siklus kompresi uap dengan

re-rigerant air. Ditargetkan suhu penguapannya !C dan suhu kondensasinya

/C. ,kspansi dengan menggunakan epansion 8al8e. 6ompresor mempunyai

e-isiensi 9=0 dibanding proses isentropi&. 6apasitas re-rigerasi !'kW. (a$

Dengan mengabaikan pressure drop di e8aporator dan di kondensor+ tentukanlah

tekanantekanan pada sistem. (b$ Perkirakanlah po%er kompresor. (&$ 3entukanlah

jumlah air yang disirkulasikan sebagai re-rigerant. (d$ Berapakah CP sistem

re-rigerasi ini. (e$ Pada mesin re-rigerasi siklus kompresi uap+ -ungsi kondensor

dan e8aporator bisa dibalik dengan mengubah arah aliran refrigerant. Dengan

demikian+ mesin ini bisa ber-ungsi sebagai pendingin di musim panas dan

pemanas di musim dingin. Menurut anda+ bagaimana hal ini bisa terjadi2

+56n

*istem re-regerasi5



13/24


Proses yang terjadi pada siklus kompresi5



14/24


Pada proses !'+ terjadi proses kompresi isentropik dimana s E konstan+

saturated 8apor+ superheated 8apor (kompresor$

Pada proses '"+ terjadi proses pelepasan kalor dimana p E konstan+ superheated

8apor+ saturated liuid (kondensor$

Pada proses "# terjadi proses ekspansi isentropik dimana h E konstan+ saturated

liuid+ miture liuid8apor (epansion 8al8e$

Pada proses #! Proses penyerapan kalor dimana p E konstan+ miture liuid

8apor+ saturated 8apor (e8aporator$

*ehingga dodapatkan 5

*! E *'

P'E P"

h"E h#

P# E P!

Diketahui5

3GE !

3HE /

GE !' kW

E 9=

:a%ab5

Den4n men46ikn p$essu$e #$op #i e;po$,o$ #n #i kon#enso$

,en,uknlh ,eknn-,eknn p# sis,em3

3! E ! =50

Pada titik ! seperti dilihat di gambar air ber%ujud saturated 8apor. Maka dilihat

dari #aturated #team "abledengan suhu / 0 didapat nilai tekanan5

P! E +!991= psia

3"E / =122



15/24


Pada titik " seperti dilihat di gambar air ber%ujud saturated liuid. Maka dilihat

dari #aturated #team "abledengan suhu !'' didapat nilai tekanan5

P" E !+91! psia

P'E P"

Maka+ nilai tekanan pada titik '

P' E !+91! psia

P# E P!Maka+ nilai tekanan pada titik #

P# E +!991= psia

6Pe$ki$knlh po5e$ komp$eso$


16/24


Dengan menggunakan @ra-ik A, (Diagram ,ntalpientropi untuk air dalam

satuan


17/24


W=4121,60815lbm

hr 156,9

Btu

lbm

W=646680,32Btu

hr

W=189,523 kW

Maka Po%er 6ompresor yang dibutuhkan bila e-isiensi 9=0 adalah5

W=W

=

189,523kW

0,76

W=249,372kW

= Ten,uknlh /umlh i$ *n4 #isi$kulsikn se64i $e!$i4e$n3

Dari perhitungan sebelumnya sudah didapatkan nilai laju alir massa :

m=4121,60815lbm

hr

m=1869,5615kghr

m=1869,5615kg

hr

1

3600

hr

s

m=0,5193kg

s

bila digunakan basis ! sekon maka massa yang disirkulasikan

m=0,5193kg

# .e$pkh COP sis,em $e!$i4e$si ini>

COP=QL

W



18/24


COP= 1200 kW

249,372kW

COP=4,81

e P# mesin $e!$e4e$si siklus komp$esi up !un4si kon#enso$ #n

e;po$,o$ 6is #i6lik #en4n men4u6h $h li$n refrigerant.

Den4n #emikin mesin ini 6is 6e$!un4si se64i pen#in4in #i

musim pns #n pemns #i musim #in4in 3 Menu$u, n#

64imn hl ini #p, ,e$/#i>

Pada mesin pendingin kalor pada ruangan yang ingin didingankan diserapre-rigeran lalu dibuang ke lingkungan. *edangkan pada mesin pemanas kalor pada

lingkungan dingin diserap oleh re-rigeran lalu dibuang pada ruang yang ingin

dihangatkan. :adi perbedaan dari kedua sistem tersebut adalah peman-aatan

kalornya. )ntuk re-rigerator+ kalor harus dibuang kelingkungan+ tetapi untuk

pompa kalor+ kalor harus diambil dari lingkungan untuk pemanasan. Dapat dilihat

re-rigerasi pada pendingin dan pemanas pada kedua gambar diba%ah.

Makalah Termodinamika 1!

Ruan%an

&ana'

Ruan%an

Lin%kun%an

&ana'


19/24


(a$ *istem Pendingin 4uangan (b$ *istem Pemanas 4uangan

Sol Keemp,

*ebuah proses yang rumit telah diran&ang untuk membuat kalor terus menerus

tersedia pada sebuah tingkat suhu '=C. *atusatunya sumber energi yaitu uap

air jenuh pada !9+/ bar. Air pendingin tersedia banyak pada 'C. Perkirakanlah

jumlah kalor yang dapat dialihkan dari proses tersebut ke sebuah reser8oir kalor

pada '=C per kilogram uap air yang dikondensasi dalam proses itu2

+56n

Makalah Termodinamika 1"

Lin%kun%an


20/24

Reservoir Panas, T = 260oC

T

Aparatus

Reservoir Dingin, T = 20oC

Uap Jenuh pada P = 17,5 ar

)1 * 2!#+2 k,k%

S1 * +423# k,k%

Air pada suhu = 20oC

)1 * "3+# k,k%

S1 * $+2# k,k%


Mengetahui entalpi dan entropi uap jenuh pada tekanan !9+/ bar dengan

menggunakan steam table5

Dengan melakukan interpolasi didapatkan5

19,0617,5

19,0615,54=

2798,51

2798,52793,2

Makalah Termodinamika 1#


21/24


1,56

3,52=2798,5

1

5,3

1=2796,2 kJ

/kg

19,0617,5

19,0615,54=

6,3585!1

6,35856,4323

1,56

3,52=6,3585!

1

0,0738

!1

=6,4239 kJ/ kg"

Mengetahui entalpi dan entropi air pada suhu 'oC

Didapatkan entalpi air pada suhu 'oC sebesar "+1= k:;kg dan entropi sebesar

+'1== k:;kg6

Basis5 ! kg uap jenuh yang masuk

# =$ut

Makalah Termodinamika 2$


22/24


# =83,962796,2

# =2712,24 kJ

# !=# !$ut# !

# !=0,29666,4239

# !=6,1273kJ

"

7era&a energinya adalah5

$H% $CE J& ('(

Hampir sama+ nera&a entropi yaitu5

J# )

Q

% %

QC

%C % #*

Penolakan panas maksimum ke reser8oir suhu panas terjadi karena proses

reversibleseutuhnya+ sehingga #*E + dan

J# )

Q

% %

QC

%C

(+(

Persamaan ('$ dan (+$ digabungkan sehingga menghasilkan5

H)

%

%%C (# %& # ! )

Dengan 3CE '1"+!/ 6 dan 3HE /""+!/ 6+ maka5



23/24


$H)533,15

240(2712,4+293,156,1273 )

E K'"#+1 k:

6alor yang dipindahkan dari proses ke reser8oir panas dengan suhu '= oC per

kilogram uap air adalah sebesar '"#+1 k:.



24/24


DA1TAR PUSTAKA

Himmelblau+ Da8id Mautner. !11=. +asic rinciples and Calculations in

Chemical !ngineering th ed. 7e% :ersey 5 Prenti&e Hall P34.

Moran+ Mi&hael :.+ Ho%ard 7. *hapiro. '!. /undamentals of !ngineering

"hermodynamics th ed. Asia 5 :ohn Wiley L *ons Pte Gtd.

*mith+ :.M.+H.C.8an 7ess+ and Abbott+ M.M.+

makalah termodinamika_pemicu 3_kelompok 8

Documents