materi ketel uap 08-1-2016 iba

7/25/2019 Materi Ketel Uap 08-1-2016 IBA

1/9

BAB IV

SIKLUS-SIKLUS TERMODINAMIKA PEMBANGKIT TENAGA

A. Siklus Carnot

Nicolas Leonard Sadi Carnot, pada tahun 1824 memperkenalkan untuk

pertama kalinya konsep siklus dan mampu-balik. emudian konsep ini

terbukti men!adi dasar dari "ukum ## $ermodinamika. Siklus mampu-balik

yan% diperkenalkan oleh Carnot tersebut serin% disebut &siklus Carnot' yaitu

siklus yan% palin% e(isien yan% dapat beroperasi antara dua reser)oir tempe-

ratur konstan. *ada kenyataannya, siklus Carnot masih tetap di%unakan

seba%ai pembandin% terhadap siklus-siklus yan% memproduksi tena%a lainnya.

Siklus Carnot terdiri dari 4 proses seperti terlihat pada dia%ram-dia%ram p-)

dan $-s berikut ini, yaitu+

ambar Siklus Carnot pada dia%ram p-) dan $-s

1. *roses 1-2, yaitu proses penambahan kalor temperatur konstan mampu-

balik.

2. *roses 2-, yaitu proses ekspansi adiabatik mampu-balik.

8

$

s

12

4

1

2

4

*

)

$"

$L


2/9

. *roses -4, yaitu proses pelepasan kalor temperatur konstan mampu-

balik.

4. *roses 4-1, yaitu proses kompresi adiabatik mampu-balik.

Suatu proses mampu-balik disebut !u%a proses ideal sedan%kan suatu proses

takmampu-balik disebut !u%a proses sebenarnya. etidakmampubalikan ini

terutama disebabkan oleh+

1. esekan /(riction0.

2. *erpindahan kalor /heat trans(er0.

. $rotlin% /throttlin%0.

4. *encampuran /miin%0.

Suatu mesin Carnot yan% men%%unakan uap !enuh dua (ase seba%ai media

ker!anya dapat dilihat pada ambar berikut ini.

ambar 3esin Carnot

*ada siklus Carnot, perubahan entropi selama proses penambahan dan

pelepasan kalor adalah sama besarnya, sehin%%a+

*enambahan kalor+ m5 $"/s2- s10

*elepasan kalor+ k 5 $L/s4- s0

6

7eser)oir $emp. $in%%i

$L

er!a$urbin*ompa

ondensor

7eser)oir $emp. 7endah


3/9

atau k5 $L/s- s40 5 $L/s2- s10

9ntuk semua siklus tena%a, ker!a bersih dan e(isiensi termal dide(inisikan

seba%ai+

er!a bersih+ :net5 m- k

(isiensi termal+ t5m

net

;

:

sehin%%a e(isiensi termal siklus Carnot adalah+

c5 sikluskedisuplaiyan%kalorsiklusdiproduksiyan%bersihker!a

5m

km

-

50s-/s$

0s-/s$-0s-/s$

12"

12L12" 5 1 -

"

L

$

$


4/9

Contoh Soal+

1. alam suatu siklus Carnot, kalor disuplai pada temperatur B@ C dan

dikeluarkan pada temperatur 2B C. luida ker!anya adalah air yan% sambil

menerima kalor, men%uap dari cairan pada temperatur B@ C men!adi uap

pada B@ C. ari $abel 9ap, perubahan entropi untuk proses tersebut di

atas adalah @,44 kkalDk%.. Eika siklus tersebut beroperasi pada massa

air yan% tetap sebesar 1 k%, dapatkan+

a0. alor yan% disuplai untuk setiap siklus dalam satuan kkalDk%.

b0. er!a yan% dilakukan setiap siklus dalam satuan kkalDk%.c0. alor yan% dikeluarkan untuk setiap siklus dalam satuan kkalDk%.

d0. (isiensi dari siklus Carnot tersebut.

Solusi+

$emperatur kalor yan% disuplai, $15 B@ C 5 /B@ F 20 5 2 .

$emperatu kalor yan% dikeluarkan, $2 5 2B C 5 /2B F 20 5 268

*erubahan entropi selama pen%uapan adalah+s2- s1 5 @,44 kkalDk%. .

a0. alor yan% disuplai tiap siklus adalah+

in5 /s2 - s10 $1

5 @,44 2

5 21,64 /kkalDk%0.

b0. er!a yan% dilakukan tiap siklus adalah+

: 5 /s2 - s10 /$1- $20

5 @,44 /2 - 2680

5 111,1 /kkalDk%0.

c0. alor yan% dikeluarkan tiap siklus adalah+

41


5/9

out5 /s2 - s10 $2

5 @,44 268

5 1@2, /kkalDk%0.

d0. (isiensi siklus Carnot tersebut adalah+

C 5 1 -1

2

$

$

5 1 -2.

268

5 @,B21 atau B2,1 G

B. Siklus 7ankine

Siklus 7ankine adalah merupakan siklus ideal /standar0 untuk instalasi

pemban%kit uap sederhana yan% merupakan modi(ikasi dari siklus Carnot dan

diperkenalkan pertama kali oleh *ro(. :illiam Eohn 3ac;uorn 7ankine

/182@-1820. Siklus ini adalah suatu siklus )apor dan cairan yan% terdiri dari

4 /empat0 proses, yaitu+

1. *roses penambahan kalor tekanan konstan dalam pemban%kit uap atau

ketel /%aris 1-20.

2. *roses ekspansi adiabatik mampu-balik /proses ekspansi isentropik0

dalam turbin /%aris 2-0.

. *roses pen%eluaran kalor tekanan konstan dalam kondensor /%aris -40.

4. *roses kompresi adiabatik mampu-balik dalam pompa /%aris 4-10.

ia%ram aliran untuk instalasi pemban%kit uap sederhana dapat dilihat pada

ambar 8, sedan%kan dia%ram $-s dan p-) dari siklus 7ankine ideal dapat

dilihat pada ambar 6 berikut ini.

42


6/9

ambar 8 ia%ram aliran instalasi pemban%kit uap sederhana

ambar 6 ia%ram $-s dan p-) dari siklus 7ankine ideal

4

a1

$ *

s )

C*C*

1

a

22H

2

H

2H

4 4H

k

4

1

2

$97I#N

*3IAN#$9A*

*?3*A

er!a *ompa

?NNS?7m

er!a

$urbin


7/9

Siklus 1-a-2--4-1 adalah siklus 7ankine !enuh yan% artinya uap memasuki

turbin dalam kondisi !enuh, sedan%kan siklus 1-a-2-2H-H--4-1 adalah siklus

7ankine panas lan!ut, yan% berarti uap memasuki turbin dalam keadaan panas

lan!ut /superheated0.

C* 5 titik kritis 5 titik pertemuan %aris cairan !enuh den%an %aris uap kerin%.

Catatan+

1. 9ap keluar pada titik-titik atau H biasanya berada pada daerah 2 (ase.

2. aris 1-a adalah proses ekonomiser yaitu dari titik cairan didin%inkan

lan!ut /10 ke titik cairan !enuh /a0.

. aris a-2 adalah proses pen%uapan dari titik cairan !enuh /a0 ke titik)apor !enuh /20 pada temperatur dan tekanan konstan.

4. aris 2-2H adalah proses pemanasan lan!ut dari titik )apor !enuh /20 ke

titik )apor dipanaskan lan!ut /2H0 pada tekanan konstan.

9ntuk siklus 7ankine !enuh berlaku+

*enambahan kalor+ ;m5 h2- h1/ItuDlbm atau EDk%0.

er!a turbin+ :$5 h2- h/ItuDlbm atau EDk%0. *elepasan kalor+ ;k 5 h- h4 /ItuDlbm atau EDk%0.

er!a pompa+:* 5 h1- h4/ItuDlbm atau EDk%0.

5 1

4

dp) 5 )4/*1- *40 8

144/ItuDlbm0

er!a bersih+ /:net0 5 /h2- h0 - /h1- h40 /ItuDlbm0

(isiensi termal+ t

5m

net

;

:5

0h-/h

0h-/h-0h-/h

12

41.2

Contoh Soal+

1. Suatu siklus 7ankine ideal men%%unakan uap seba%ai (luida ker!a.

$entukan e(isiensi siklus untuk kondisi berikut ini+

44


8/9

ondisi masuk turbin+ @@ psia /uap !enuh0

$ekanan kondensor+ 1 psia

*enyelesaian+

ondisi uap masuk turbin /titik 20+

* 5 @@ psia /uap !enuh0. ari tabel uap /by+ eenan et.al.0 diperoleh+

h25 12@2,8 /ItuDlbm0.

s25 s5 1,B1@4 /ItuDlbm.0.

ondisi uap keluar turbin /0+

*5 *4 5 1 psia /diketahui0.

s5 1,B1@4 /ItuDlbm0.

9ntuk *5 1 psia dari $abel 9ap /eenan, et.al.0 diperoleh+

s( 5 @,12 /ItuDlbm.0 J h( 5 6,@ /ItuDlbm0

s(% 5 1,84B /ItuDlbm.0 J h(% 5 1@, /ItuDlbm0

5(%.

(..

s

s-s

5 1,84B

@,1.2-1,B1@45 @,4

5(%.

(..

h

h-h

h 5 /h(%0F h(5 @,4 /1@,0 F 6,@

5 844 /ItuDlbm.0

er!a $urbin+ :$ 5 h2- h5 12@2,8 - 844 5 B8,8 /ItuDlbm0

er!a *ompa+ :* 5 1

4

dp) 5 )4/*1- *408

144/ItuDlbm0

arena+ )45 )15 @,@114 (tDlbm, maka+

4B


9/9

:* 5 @,@114 /@@ - 108

1445 @,86 /ItuDlbm0

er!a Iersih+ :net5:$-:*5 /B8,8 - @,860 /ItuDlbm0

5 B,6 /ItuDlbm0

er!a *ompa+ :*5 h1- h4

h15 :*F h4 5 @,86 F 6,@ 5 @,B6 /ItuDlbm0

*enambahan kalor+ ;m5 h2- h1/ItuDlbm0

5 /12@2,8 - @,B60 /ItuDlbm0

5 112,21 /ItuDlbm0

(isiensi siklus+ t5

m

net

;

:511.2,21

.B,65 @,1 /1, G0.

*N9393AN

3i etel 9ap

"ari D $an%%al + Selasa, 12 Eanuari 2@1

Pukul: 16.20 wib

3asin%-masin% memba>a kalkulator

4

materi ketel uap 08-1-2016 iba

Documents