Contoh penyelesaian soal siklus Rankine ideal sederhana
بِسْــــــــــــــــمِ اﷲِالرَّحْمَنِ اارَّحِيم
Contoh Soal
Sebuah siklus Rankine sederhana ideal bekerja pada temperatur 400 oC dan tekanan 80 bar. Tekanan kondensor 0,1 bar. Aliran massa uap yang masuk ke turbin 100 kg/s. Hitunglah kerja turbin, kerja pompa, kalor masuk, kalor keluar dan efisiensi siklus. daya yang dihasilkan turbin dan daya netto siklus.
Jawab
Pertama-tama gambarkan skema siklus Rankine sederhana dan lengkapi dengan data-data yang ada di dalam soal
Gambar 7 data dari soal
Ditanya : kerja turbin (Wt); Kerja pompa (Wp), kalor masuk (Qin), kalor keluar (Qout), efisiensi termodinamika (ηth), daya turbin (Pt) dan daya netto siklus (Pnett).
Dari tabel sifat-sifat uap panas lanjut di dapat :
Entalpi uap masuk ke turbin : h1 = 3139,4 kJ/kg
Entropi uap masuk ke turbin : s1 = 6,3658 kJ/kg.K
Entropi uap keluar turbin sama dengan entropi uap masul turbin (proses ideal atau isentropis) sehingga s1 = s2 = 6,3658 kJ/kg.K
Dari tabel uap jenuh, pada tekanan 0,1 bar (10 kPa) didapat :
Entalpi fase uap (hg2) = 2583,9 kJ/kg
Entalpi fase cair (hf2) = 191,81 kJ/kg
Entalpi perubahan fase (hfg2) = 2392,1 kj/kg
Entropi fase uap (sg1) = 8,1488 kJ/kg.K
Entropi fase cair (sf2) = 0,6492 kJ/kg.K
Entropi perubahan fase (sfg2) = 7,4996 kJ/kg.K
Fraksi (kadar) uap (X) dapat dihitung :
Artinya kadar uap yang keluar dari turbin menuju kondensor adalah 76,22 % atau fluida yang keluar dari turbin 76,22 % uap dan 23.78 % cair. Bagian yang cair ini tidak perlu lagi diembunkan, tetapi 76,22 % uap ini yang harus dibuang kalornya supaya fasenya berubah menjadi cair. Maka energi total yang terkandung di dalam 76,22% uap dapat dihitung :
Maka kerja turbin dapat dihitung yaitu :
Daya turbin adalah :
Kalor yang dibuang oleh kondensor :

h2 adalah entalpi uap yang masuk ke kondensor = 2015,07 kJ/kg
h3 adalah entalpi air yang keluar dari kondensor = 191,81 kJ/kg
maka kalor yang dibuang oleh kondensor adalah :
Daya kondensor yang dibutuhkan untuk membuang kalor tersebut adalah :
Kerja pompa dapat dihitung dengan rumus :

ν = volume jenis air pada tekanan 0,1 bar = 0,00101 m^3/kg
p4 = tekanan air keluar pompa = tekanan boiler (proses ideal tidak ada rugi-rugi tekanan) maka p4 = p1 = 400 bar = 40 Mpa.
p3 = tekanan air masuk pompa = tekanan air keluar kondensor, untuk proses ideal tidak ada rugi-rugi tekanan sehingga p3 = 0,1 bar = 10 kPa
maka kerja pompa :
Bila aliran massa air yang dipompa 100 kg/s maka daya yang diperlukan oleh pompa adalah:
Daya netto siklus :
Kalor yang masuk ke sistem (qin) dapat dihitung :
h1 = entalpi uap panas lanjut keluar dari boiler = 3139,4 kJ/kg
h4 = entalpi air keluar pompa yang besarnya = entalpi air masuk pompa + kerja pompa,
maka h4 = 191,81 + 40,3899 = 232,1999 kJ/kg
maka kalor yang masuk ke sistem adalah :
Daya yang dihasilkan Boiler :
PB = 2900,2 kJ/kg x 100 kg/s = 290.020 kW = 290,02 MW
Efisiensi termodinamika siklus adalah :
Dari hasil perhitungan dapat dilihat hanya 37,37 % dari daya yang diberikan ke dalam boiler yang dapat diubah menjadi energi mekanis, sisanya hilang atau dibuang ke alam melalui kondensor dan ada sebagian kecil yang digunakan untuk mengerakan pompa.
بِسْــــــــــــــــمِ اﷲِالرَّحْمَنِ اارَّحِيم
Contoh Soal
Sebuah siklus Rankine sederhana ideal bekerja pada temperatur 400 oC dan tekanan 80 bar. Tekanan kondensor 0,1 bar. Aliran massa uap yang masuk ke turbin 100 kg/s. Hitunglah kerja turbin, kerja pompa, kalor masuk, kalor keluar dan efisiensi siklus. daya yang dihasilkan turbin dan daya netto siklus.
Jawab
Pertama-tama gambarkan skema siklus Rankine sederhana dan lengkapi dengan data-data yang ada di dalam soal
Ditanya : kerja turbin (Wt); Kerja pompa (Wp), kalor masuk (Qin), kalor keluar (Qout), efisiensi termodinamika (ηth), daya turbin (Pt) dan daya netto siklus (Pnett).
Dari tabel sifat-sifat uap panas lanjut di dapat :
Entalpi uap masuk ke turbin : h1 = 3139,4 kJ/kg
Entropi uap masuk ke turbin : s1 = 6,3658 kJ/kg.K
Entropi uap keluar turbin sama dengan entropi uap masul turbin (proses ideal atau isentropis) sehingga s1 = s2 = 6,3658 kJ/kg.K
Dari tabel uap jenuh, pada tekanan 0,1 bar (10 kPa) didapat :
Entalpi fase uap (hg2) = 2583,9 kJ/kg
Entalpi fase cair (hf2) = 191,81 kJ/kg
Entalpi perubahan fase (hfg2) = 2392,1 kj/kg
Entropi fase uap (sg1) = 8,1488 kJ/kg.K
Entropi fase cair (sf2) = 0,6492 kJ/kg.K
Entropi perubahan fase (sfg2) = 7,4996 kJ/kg.K
Fraksi (kadar) uap (X) dapat dihitung :
Daya turbin adalah :

h2 adalah entalpi uap yang masuk ke kondensor = 2015,07 kJ/kg
h3 adalah entalpi air yang keluar dari kondensor = 191,81 kJ/kg
maka kalor yang dibuang oleh kondensor adalah :
Kerja pompa dapat dihitung dengan rumus :

ν = volume jenis air pada tekanan 0,1 bar = 0,00101 m^3/kg
p4 = tekanan air keluar pompa = tekanan boiler (proses ideal tidak ada rugi-rugi tekanan) maka p4 = p1 = 400 bar = 40 Mpa.
p3 = tekanan air masuk pompa = tekanan air keluar kondensor, untuk proses ideal tidak ada rugi-rugi tekanan sehingga p3 = 0,1 bar = 10 kPa
maka kerja pompa :
Bila aliran massa air yang dipompa 100 kg/s maka daya yang diperlukan oleh pompa adalah:
Daya netto siklus :
h1 = entalpi uap panas lanjut keluar dari boiler = 3139,4 kJ/kg
h4 = entalpi air keluar pompa yang besarnya = entalpi air masuk pompa + kerja pompa,
maka h4 = 191,81 + 40,3899 = 232,1999 kJ/kg
maka kalor yang masuk ke sistem adalah :
Daya yang dihasilkan Boiler :
PB = 2900,2 kJ/kg x 100 kg/s = 290.020 kW = 290,02 MW
Efisiensi termodinamika siklus adalah :
Dari hasil perhitungan dapat dilihat hanya 37,37 % dari daya yang diberikan ke dalam boiler yang dapat diubah menjadi energi mekanis, sisanya hilang atau dibuang ke alam melalui kondensor dan ada sebagian kecil yang digunakan untuk mengerakan pompa.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar