Contoh penyelesaian soal siklus Rankine ideal sederhana

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

contoh soalGambar  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 :

raArtinya 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 :

rbMaka kerja turbin dapat dihitung yaitu :

rcDaya turbin adalah :

rdKalor yang dibuang oleh kondensor :

re
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 :

rfDaya kondensor yang dibutuhkan untuk membuang kalor tersebut adalah :

rgKerja pompa dapat dihitung dengan rumus :

rh

ν = volume jenis air pada tekanan 0,1 bar = 0,00101 m3/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 :

rjBila aliran massa air yang dipompa 100 kg/s maka daya yang diperlukan oleh pompa adalah:

rkDaya netto siklus :

rlKalor yang masuk ke sistem (qin­) dapat dihitung :

rm

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 :

rn

Daya yang dihasilkan Boiler : PB = 2900,2 kJ/kg x 100 kg/s = 290.020 kW = 290,02 MW

Efisiensi termodinamika siklus adalah :

ro

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.

Posted on Februari 11, 2014, in Fisika and tagged , , , , . Bookmark the permalink. 1 Komentar.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: