termodinamika terpakai b.ppt
TRANSCRIPT
SIKLUS RANKINE
Pembangkit Tenaga Uap (Steam Power Plant) didasarkan atas Siklus Rankine, yang merupakan modifikasi dari Siklus Carnot (proses 1-2-b-c-1).
Fluida kerja untuk siklus adalah Uap.
Proses 1-2 : proses pemompaan adiabatik reversibel (isentropik) dlm pompa.
Proses 2-b : proses transfer panas pada tekanan tetap di dalam ketel (boiler).
Proses b-c : proses ekspansi adiabatik reversibel di dalam turbine.
Proses c-1 : proses pembuangan panas pada tekanan tetap di dlm kondensor
Kerja pemompaan yang diperlukan persatuan massa fluida kerja :
wp = ( h2 – h1 ) = v (p2 - p1)
Panas yang dimasukkan ke dalam sistem persatuan massa fluida dlm ketel:
qin= ( hb – h2 )
Kerja yang dihasilkan persatuan massa uap air di dalam turbin :
wT = ( hb – hc )
Panas yang dilepaskan dari kondensor :
qout= ( hc – h1 )
Jadi, Effisiensi Termik Siklus, adalah : in
pTth q
ww
)(
)()(
2
12
hh
hhhh
b
cbth
Siklus Rankine ini dimodifikasi adalah untuk meningkatkan
effisiensi atau untuk mencegah terjadinya korosi pada bagian
sudu-turbin yang bertekanan rendah akibat jumlah cairan yang
berlebihan pada akhir proses ekspansi.
* Modifikasi Siklus Rankine ini disebut :
SIKLUS RANKINE DENGAN SUPERHEAT.
seperti terlihat pada gambar/siklus 1-2-3-4.
* Temperatur Kerja yang lebih tinggi diperoleh juga tanpa
menaikkan tekanan maksimum di dalam siklus, yaitu dengan
memanaskan uap lebih lanjut dalam pemanasan lanjut.
* Kombinasi Ketel dengan Superheat (dalam satu pesawat)
disebut : GENERATOR UAP.
)(
)()(
2
12
hh
hhhh
q
b
cb
in
outinth
Maka, Effisiensi Siklus Rankine dengan Suoerheat adalah :
Kerja Pompa persatuan massa fluida kerja :
wp = ( h2 – h1 ) = v (p2 - p1)
Panas masuk Ketel persatuan massa fluida kerja :
qin= ( h3 – h2 )
Kerja Turbin persatuan massa uap air :
wT = ( h3 – h4 )
Panas yang dilepaskan kondensor :
qout= ( h4 – h1 )
)(
)()(
23
1423
hh
hhhh
q
in
outinth
Parameter lain untuk mengukur kinerja Pembangkit Tenaga-Uap adalah rasio kerja balik (back work ratio) atau bwr. Di definisi kan sebagai rasio masukan kerja pompa terhadap kerja yang dihasilkan oleh Turbin, sebagai berikut :
)(
)(
43
12
hh
hh
w
wbwr
outT
inp
Cara Peningkatan Effisiensi Siklus Rankine
CONTOH SOAL - 1.Perhatikan siklus Rankine seperti pada gambar. Uap masuk
Turbin sebagai uap saturasi 100% pada 6 MPa dan cair saturasi
masuk pompa pada tekanan 0,01 MPa. Jika net power output
siklus adalah 50 MW. Hitunglah :
a. Efficiency Termal.
b. Laju aliran massa sistem.
c. Rate of heat transfer into the Boiler.
d. Laju aliran massa air pendingin dari
Kondensor, (kg/s.), jika air pendingin
yang masuk 20 C dan keluar pada 40 C.
CONTOH SOAL - 2.Sebuah steam power plant beroperasi pada siklus
Rankine ideal. Uap masuk turbin pada 3 MPa. dan 350 C
dan tekanan kondenser adalah 75 kPa. Lihat gambar.
Gambar T-s diagram, dan Hitung effisiensi termal siklus.
CONTOH SOAL - 3.Sebuah Steam Power Plant beroperasi pada siklus
Rankine Ideal. Uap panas lanjut mengalir masuk Turbin
pada 3 MPa dan 400 C., dengan laju aliran 100 kg/det.,
dan keluar Kondensor pada 50 C sebagai cair jenuh.
Hitung :
a. Net Power Output
b. Effisiensi Termal
c. Kualitas Uap Keluar
Turbin.
d. Jika fluida kerja masuk
ondenser sebagai uap-
jenuh, hitung kerja Turbin.
PENYIMPANGAN SIKLUS IDEAL
Penyimpangan Siklus Ideal dengan siklus sebenarnya (non-
Isentropik), adalah :
Adanya gesekan fluida kerja dengan sudu-sudu turbin,
turbulensi dan kecepatan residu pada proses ekspansi di dalam turbin yang berlangsung secara non isentropik.
Kerugian-kerugian pada pipa dan kerugian panas lingkung-an, dan lain-lain yang mempengaruhi effisiensi.
Dari diagram T-s dan diagram h-s dapat digambarkan sbb.
Kerja Turbin Ideal (Isentropik) : wT = ( h3 – h4 )Kerja Turbin aktual (non Isentropik) : wTa = ( h3 – h4a )
Maka Effisiensi Turbin :
isentropikekspansiprosespdKerja
aktualekspansiprosespdKerjaT
Atau,
Untuk Pompa :
)(
)(
43
43
hh
hh
w
w a
idealT
aktualTT
)(
)(
12
12
hh
hh
w
w
aaktualp
idealpp
Contoh soal :
Diketahui Siklus Rankine beroperasi diantara tekanan 30 kPa dan 6 MPa. Temperatur uap masuk Turbin 5500C, jika effisiensi isentropik pompa 75 % dan effisiensi isentropik turbin 85 %.
Hitunglah Effisiensi Thermal siklus ini.
SIKLUS RANKINE dengan REHEAT.Siklus Rankine dengan superheat kemudian dimodifikasiyaitu Siklus Rankine dengan Reheat dengan tujuanuntuk memperbaiki kinerja pembangkit tenaga uap atauuntuk meningkatkan effisiensi siklus. Maksud Reheat ialah: Setelah uap berekspansi dlm.
TurbinTek.Tinggi, uap di-tarik dan dipanaskan
kembali(reheat)
ke Superheat, dan seterusnya
uap masuk kembali ke Turbin Tekanan Rendah.
Reheat (pengulangan-panas) terjadi pada tekanan konstan
dan menaikkan temperatur uap
ke T5 (biasa sama dengan T3).
Analisis Energi : Pindahan Panas & Kerja out-put berubah kedua-duanya.
Dimana :qin = q23 + q45 = (h3 – h2) + (h5 – h4)
wout= wturbin= w34 + w56= (h3 – h4)+(h5 – h6)
qout= qkond.= (h6 – h1).
win = wpompa= (h2 – h1).
Maka Effisiensi Siklus Rankine dengan Reheat :
reheatin
pompaturbin
in
netsiklus qq
ww
q
w
)()(
)h-(h -)h– (h)h– (h
4523
126543
hhhh
Contoh Soal 1:
Dalam Siklus Rankine dengan Reheat, uap pada 8 MPa dan 350ºC masuk pada turbin-tek.-tinggi. Setelah berekspansi ke 1,4 MPa, uap tersebut di ulang panaskan pada tekanan konstan ke 350ºC sebelum berekspansi dalam turbin tekanan-rendah.Tentukanlah : a. Keluaran kerja untuk turbin tekanan-tinggi dan turbin tekanan-rendah.b. Effisiensi Termal Siklus ini.
Contoh Soal 2 :
SIKLUS RANKINE DENGAN REGENERASI
+ Kalor dapat dipindahkan dan dimanfaatkan dari fluida kerja
pada satu bagian siklus ke fluida kerja pada bagian lain dari
siklus yang sama.
+ Pindahan kalor dalam siklus daya ini disebut “Regenerasi”,
maksudnya untuk mengurangi irreversibilitas yang disebab-
kan pencampuran kondensat yang dingin dengan uap jenuh
dalam ketel (prepemanasan pada air pengisian ketel).
+ Regenerasi dapat ditambahkan pada siklus Rankine ideal
untuk meningkatkan Effisiensi Siklus.
(dengan menambahkan Feed Water Heater atau FWH).
5
Siklus Rankine dengan Regenerasi Ideal
A. Menggunakan Open FWH.
Energi yang dihasilkan dalam satu satuan massa adalah :
. Panas yang diserap Ketel : qk = ( h5 – h4 )
. Kerja yang dilakukan Turbin : wT = ( h5 – h6 ) + ( 1-y )( h6 – h7 )
. Panas yang dibuang Condensor : qc = ( 1-y )( h7 – h1)
. Kerja pada Pompa : wp = ( h4 – h3 ) + ( 1-y )( h2 – h1 )
Effisiensi Siklus :
dimana, ( Fraction of Steam Extracted).
atau, kesetimbangan laju massa dan energi pada kondisi steady
menghasilkan: titik-3 = titik-6 + titik-2 ==> h3 = y h6 + (1-y) h2
(lihat gambar).
dan kerja tiap pompa : wpI = v1 (p2 – p1)
wpII = v3 (p4 – p3)
)(
))(1()(
45
1745
hh
hhyhh
q
k
ckth
5
6
m
my
26
23
hh
hhy
B. Menggunakan Closed FWH
Contoh Soal :
Gambar Contoh Soal :