Thermodinamika II (Steam Power Plant)

7/23/2019 Thermodinamika II (Steam Power Plant)

1/21


2/21

SUMBER ENERGI PANASEnergi bisa didapatkan dari beberapa sumber energi, diantaranya :- solar energi atau energi dr matahari

Kelemahannya adalah kecepatan /m2surface adalah kecil danmemerlukan area yg luas

- energi dr angin - energi kinetik : energi yg dimiliki o/ suatu sistem

krn. Kec. Relatif thd sekitarnya.Kelemahannya : kecepatan angin yg tdk tertentu perlu peralatan ygbesar.

- Energi tides/pasang surut - energi potensial : energi yg dimilikisuatu sistem krn gaya yg didesak massanya o/ medan gravitasi.

Energi yg paling penting adl. g berasal dr energi kimia !molecular"dan energi nuklir. #ecara umum alat yg mengkonversi langsungenergi kimia men$adi energi listrik adl. #el elektrolitik yg sudahdikembangkan dengan menggunakan hidrogen % carbon dari gasalam atau batu bara.


3/21

E&siensi dr sel elektrolitik bervariasi antara '' ( )' *yaitu dua kali dr e&siensi proses konversi energi kimiamen$adi panas.

Steam Power Plant adl. +eat engine !esin kalor"skala besar dengan uida air dlm aliran yg seimbangmelalui pompa, boiler, turbine % condensor denganproses secara siklus.

8.1. Steam Power Plantroses yg t$d dlm sistem pembangkit tenaga cukup rumitshg perlu dilakukan idealisasi u/ membuat modeltermodinamika yg mudah. / menfasilitasi analisistermodinamika keseluruhan instalasi dibagi dlm 0 bagianbesar sub sistem.

1ari bab ' dibicarakan ttg. #iklus mesin carnot ygberoperasi secara reversible % terdiri dari 2 prosesisothermal % 2 proses adiabatik.


4/21

d isothermal +panas34+3 diserap oleh uida

ker$ad isothermal 5panas

3453 dibuang oleh uidaker$aKer$a yg dihasilkan

363 7 34+3 ( 3453 dane&siensi thermal carnotengine7 363/ 34+3

7 8 ( !5/ +"

$elas bah6a naikdengan kenaikan +%penurunan 5


5/21

9br. ).8. adl. #team

po6er plant sederhana u/aliran proses steadystate.

#team dr boilerdiepansikan di turbine %

menghasilkan ker$asteam dari turbine dikondensasikan dlmcondensor !membuangpanas 45". +sl.

Kondensasi dipompakembali ke boiler


6/21

Ker$a yg dihasilkan turbine !;# turbine" adl $auh < dr

ker$a yg diperlukan pompa !;# pompa".1an ker$a netto keluar adl. 34+3 ( 3453

erubahan properti uida pada tiap2 alat dptdigbr.kan dlm diagram # spt gbr )-2 yg siklusnya

adl. #ecara carnot


7/21

#tep 8-2 : penyerapan panasisothermal pd +$g ter$adi pd konstan menghasilkan

saturated vapour steam darisaturated li=uid. !horisontal kekanan"

#tep 2-> : epansi adiabaticreversible yg mana sat7 5!vertikal keba6ah"menghasilkan uap

basah#tep >-0 : pembuangan panas

isothermal, ter$adi proseskondensasi tetapi tdk lengkap,menghasilkan cair ygtercampur uap.

#tep 0-8 : compresi adiabaticmenghasilkan air saturated-li=uid !vertikal ke atas"


8/21

?ika e&siensinya adl. 5arnot

7 8 ( !5/ +"@ !'-)"

#iklus reversible adl. #tandar u/ steam po6er plantsebenarnya. Kesulitannya adl. 1i step 2-> dan 0-8.

urbine yg mengoperasikan saturated steam akanmenghasilkan steam dng kandungan air tinggimenyebabkan erosi. 1an sulit u/ mendesign pompa ygmengoperasikan cairan yg tercampur uapnya. #hg dr 2

alasan tsb, dikembangkan siklus standar Rankine.


9/21

8-2 : proses penguapan di boilersecara tekanan konstan,menghasilkan uap superheated

dengan cara :- pemanasan air subcooled li=uidm$d air saturated li=uid.- penguapan pd tekanan % suhukonstan m$d saturated steam- proses superheating m$dsuperheated steam

2-> : panas adiabatik reversiblemenghasilkan uap yg tercampurairnya yg kualitasnya $auh lebihbaik dr siklus carnot

>-0 : proses kondensasi pdtekanan % suhu konstan ygmenghasilkan saturated li=uid

0-8 : compresi adiabatikreversible menghasilkansubcooler li=uid.


10/21

#iklus Rankine secarairreversible t$d pd step 2->

dan 0-8 sbb: step 2-> % 0-8tidak vertikal irreversible!adanya e&siensi" yg melaluiproses reversible dahulu 2->.#ehingga ter$adi kenaikan # dr#>lke #>. 1emikian $g u/ step0-8.

1engan mengabaikan Ek % Epmaka :

4 7 m + @@@@@@. !).8"

4 7 + @@@@@.. @@. !).2"


11/21

hermal siklus steam po6er akan naik $ika tekanan %suhu di boiler naik, permasalahannya adl. Kondisi ini

akan menaikkan investment. #ehingga $arang sebuahplant mengaplikasikan tekanan $auh diatas 8AAAAka % suhu $auh diatas BAA o5. Kenaikan termaldengan naiknya tekanan dpt dicapai denganpenurunan suhu di condensor. etapi suhu kondensasi

hrs lebih tinggi dr suhu media pendingin yangbiasanya adl. air. #ecara umum dlm plant tekanankondensor beroperasi pd tekanan rendah.

/ po6er plant modern dikembangkan dng modi&kasisiklus Rankine yg mengaplikasikan feed6ater heaters.

Cir di condensor tidak dipompa langsung ke boiler.


12/21

8.2. Internal Combustion Engineada steam po6er plant, steam adl. edia

inert dimana heat ditransfer dr bhn bakar.er$adi 2 proses utama yaitu :- penyerapan panas pada suhu tinggi di boiler- pembuangan panas dlm condensorKerugiannya : panas hrs ditransfer melaluidindng yg mempunyai kemampuan terbatasthd penyerapan panas.1alam internal combustion energi bhn bakardibakar di dlm engine % hsl pembakarandipakai sbg media ker$a. isalnya pd pistondlm silinder.


13/21

8.3. Otto Engine

esin otto adl. 3nternal combustionengine yg umum dipakai, spt ygdigunakan dalam otomobile.#iklusnya terdiri dr 0 stroke ygdia6ali dengan proses pd tek.Konstan !A-8".d. #troke kedua !8-2->", semuavalve tertutup % campuran bhnbakar-udara dikompresi secara

adiabatis pd line !8-2" shgcampuran terbakar dan combustionter$adi dng cepat pd vol. konstan %tek. Daik sepan$ang alur !2->".#troke !>-0-8" adl. roses penghasilker$a secar adiabatis !>-0", % alur 0-8 adl. roses ekpansi pd vol.hampir konstan. Clur A-8 adl.roses dimana piston mendorongsisa gas pembakaran


14/21

/ kondisi ideal, dikenal siklusstandar-udara !&g )-" dimana

ter$adi 2 proses adiabatik % 2proses vol. konstan1-C : proses penyerapanpanas o/ udara pd F konstanu/ menaikkan % C-G : proses epansi adiabatikreversibleG-5 : proses pendinginan pd Fkonstan5-1 : proses compresiadiabatik recersible1isini

7 -;# !net"/41C

7 !41CH 4G5"/41C.....!)->"


15/21

/ 8 mol udara dng 5vkonstan :

41C7 5v!C- 1"

4G57 5v!c- G"#ubstitusi ke pers !).>" maka :

( ) ( )( )

DAv

CBvDAv

TTC

TTCTTC

=

( )

( )DA

CB

TT

TT

=1


16/21

dpt dihubungkan dengan r (rasio kompresi = VC/VD) dng

menganggap gas ideal dimana berlaku T = PV/R, shg u/ 2

step volume konstan = (P!V!)/R" V!= VC T!= (P!VC)/R

TC= (PC VC)/R

= (P#V#)/R" V#= VD T#= (P#VD)/R TD= (PD VD)/R

= $ % &(P!VC) ' (PCVC) / &(P#VD) ' (PD VD)

= $ % r &(P!% PC) / (P#' PD) *+


17/21

u/ 2 step adiabatik reversible berlaku :

F= C, maka dpt dihitung dng persamaan

= $'r ($/r) = 1% ($/r) '$+ (*+-)

terlihat bah.a naik dengan r rendah

turun dengan r tinggi


18/21

8.4. Diesel Engine

1iesel engine berbeda dng otto engine

terutama dlm suhu akhir. 1ikompresi yg cukuptinggi pd perubahan spontan, krn rasiokompresi yg lebih tinggi akan mengakibatkankompresi yg lebih tinggi. Ghn bakar tdk

diin$eksikan sampai akhir dari step kompresi,tapi ditambahkan dengan cara lambat dimanaproses pembakaran ter$adi pd tekanankonstan. 1iesel engine beroperasi pada ratio

kompresi yg lebih tinggi dan mempunyaie&siensi yg lebih tinggi pula.


19/21

8.5. Turbine Gasesin otto dan mesin diesel keduanya langsung menggunakanenergi pada suhu % tek. ingi pd sebuah piston dalam silinder tdkada transfer panas dengan eternal.

1isini turbine gas adl. Iebih e&sien krn udara masukdikompresikan lebih dahulu sebelum proses pembakaran#iklus gas turbine ideal !gbr. ).82" terdiri dr step-step :C-G : compresi adiabatik reversible !isentropis"G-5 : proses combustion pd konstan5-1 : epansi adiabatik reversible !isentropis" menghasilkan ker$a

1-C : pembuangan panas pd konstan-;# !net"/ 4G57 !-;51( ;CG "/4G5 ........................................ !)-)"


20/21


21/21

urbineeralatan yg mengubah energi mekanis ygdisimpan di dlm uida m$d energi mekanisrotasional.

#uatu peralatn di mn ker$a dibangkitkan sebagaihasil dari le6atnya gas atau cairan melalui satuset barisan sudu-sudu yg terpasang pd poros ygdpt bebas berputar

Documents

Thermodinamika II (Steam Power Plant)