Download - Thermodinamika Pt 15
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 1/21
Thermodinamika pt 15
Yuliani HR., ST., M.Eng
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 2/21
SIKLUS-SIKLUS DASAR MESIN PANAS
Mesin panas merubah panas menjadi kerjadengan dibatasi oleh hukum keduatermodinamika. Menurut cara pemasukan panaske dalam fluida kerja, mesin panas ada dua jenis,
yaitu:1. Mesin yang menyebabkan perubahan fasa pada
fluida kerja
2. Mesin yang tidak menyebabkan perubahan fasa
fluida kerja.
1. Siklus Otto
Enam langkah yaitu udara masuk, kompressi adiabatik(isentropik), perpindahan panas pada volume konstan,ekspansi adiabatic, perpindahan panas pada volumekonstan, dan pengeluaran.
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 3/21
Pada umumnya, langkah pertama dan terakhir diabaikan,sehingga siklus Otto hanya terdiri dari empat langkah yang
dapat dilihat pada gambar dibawah ini
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 4/21
Langkah A-B merupakan kompressi adiabatik, dimanaudara dikompressi kearah dalam torak. Tingkat keadaan
B berada pada temperatur dan tekanan yang lebihtinggi dari keadaan A.
Selama proses B-C, panas dipindahkan ke sistem padavolume konstan. Interaksi sistem dan reservoirbertemperatur tinggi mengakibatkan peningkatan
temperature, tekanan, dan entropi. Jumlah kalor yangberpindah ke sistem
Proses C-D merupakan ekspansi adiabtaik reversiobelyang terjadi begitu torak bergerak pada langkahkeluarnya. Pada langkah ini, temperatur dan tekananturun.
Selama proses D-A, panas dipindhkan pada volumekonstan. Interaksi kalor antara sistem dan reservoirbertemperatur rendah (sekeliling) mengakibatkanpenurunana tempertur, tekanan, dan entropi.Jumlahpanas yang dipindahkan dari sistem, D AV T T C nQ 2
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 5/21
Kerja bersih yang dilakukan dalam siklus (Wnet ) =WAB + WCD dan
Q1 + Q2 = WAB + WCD
Effisiensi termal siklus udara standar Otto
substitusi ke persamaan pada langkah b dan ddiperoleh
Mesin pembakaran dalam dibandingkan denganmenggunakan perbandingan kompressi (r) yaituperbandingan volume A terhadap B, r = VA/VB
1
21
1 Q
Q
W nrt o
BC
A D
o
T T
T T
1
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 6/21
Dengan menggunakan hubungan untuk prosesadiabatik
Jika TA, TB, TC, dan TD disubstitusikan
Effisiensi hanya tergantung pada ratio kompressi.Kerja poros yang dilakukan dalam satu siklus dapatdihitung :
1
1
k
A
k
B
A A B r T
V
V T T
B
C
BC P
P T T
B
C k
A
P
P r T 1
B
C Ak C
k
A
BC D
P
P T
r
T
V
V T T
1
'
1
1
1
11
k or
BC o BC V oS T T k
RnT T C nW
1
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 7/21
Suatu siklus Otto udara standar yang beroperasiterhadap udara dengan kondisi udara masuk 0,08
Mpa dan 37 oC. Rasio kompressi yang digunakan 10dan 500 kJ panas ditambahkan selamapengapian. Tentukan Q, W, P, dan T untuk setiaplangkah proses dan efisiensi proses keseluruhan
2. Siklus Diesel
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 8/21
Siklus diesel terdiri dari empat langkah:
Langkah A-B, udara dikompressi secara adiabtikreversibel sehingga tekanan dan suhunya akan
meningkat
Langkah B-C perpindahan kalor dari lingkungan ke
sistem pada tekanan konstan (Q1). Dalam siklus nyata,energi yang dipasok ke dalam motor bakar ini dicapai
dengan penginjeksian bahan bakar. Temperatur setelah
kompressi akan melebihi titik nyala bahan bakar,
sehingga bahan bakar tersulut secara spontan pada
saat diinjeksikan dalam ruang bakar. Langkah C-D, merupakan proses ekspansi adiabatik
reversibel sehingga tekanan dan suhu akan turun
Langkah D-A, proses pembuangan kalor (Q2) sehingga
tekanan dan suhu akan turun
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 9/21
Dimana : Wnet = QBC + QDA
Efisiensi siklus
Perbandingan tekanan r C = VA/VB, tidak samadengan siklus Otto, berbeda dari perbandingan
ekspansi, r e = VD/VC .Definisikan suatu perbandingan pancung ( cut off ratio)
, r l = V C /V B, , selanjutnya r C = r l r e
D AV DA BC P BC T T C nQT T C nQ
BC P
D AV
BC
DA
BC
net D
T T C
T T C
Q
Q
Q
W
11
BC
A D
T T
T T
k
1
1
k
l A Dl
k
C AC
k
C A B r T T r r T T r T T 11
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 10/21
Substitusikan hubungan suhu
Sehingga kerja poros per siklus dapat dihitung
Dimana :
Efisiensi siklus Otto lebih besar dari pada siklus Diesel
pada perbandingan tekanan yang sama
111
1 1
l
k
l
k
C
Dr k
r
r
BC D BC P D s T T k
k RnT T C nW
1
atm
B Aatm
T R
V V P n
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 11/21
3. Siklus Gabungan udara standar (Dual Cycle)
Siklus gabungan udara-standar merupakan siklusaktual yang menggabungkan siklus Otto dan siklusDiesel.
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 12/21
Siklus ini terdiri dari lima rangkaian proses reversibelinternal sbb:
Proses A-B : Kompressi adiabatik.
Proses B-B’ : Pemasukan kalor pada volumekonstan.
Proses B’-C : Pemasukan kalor pada tekanankonstan dan merupakan bagian pertama langkahkerja.
Proses C-D : Ekspansi adiabatik yang
merupakan sisa langkah kerja.
Proses D-A : Pelepasan kalor pada volumekonstan.
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 13/21
Perpindahan kalor ke sistem dapat dianggapterjadi pertama pada volume konstan dan
kemudian pada tekanan konstan. Efisiensi siklusdapat dihitung.
Soal : Siklus Diesel udara standar yang beroperasiterhadap udara yang masuk dengan kondisi 0,08Mpa dan 37 oC. Pada efisiensi yang sama pada
contoh 8.1 untuk siklus Otto, tentukanperbandingan tekanan yang diperlukan jika TC danTD sama
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 14/21
4. Siklus Joule dan Brayton (Siklus Turbin Gas)
Turbin gas merupakan motor pembakaran dalam jenisputar yang biasanya beroperasi pada siklus terbuka.
Siklus turbin gas terdiri dari kompressi isentropik udaradalam kompressor (A-B), pemanasan pada tekanan
konstan dalam ruang bakar (B-C), ekspansi isentropik
melalui suatu turbin (C-D), dan pendinginan pada
tekanan konstan (D-A)
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 15/21
Siklus ideal turbin gas ideal pada diagram PV .
Efisiensi siklus didefinisikan
siklus Brayton
C
net
J
H
W
Kompressor turbinnet W W W A B DC H H H H )(
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 16/21
Q = HC - HB
Maka :
Jika kapasitas panas dianggap sama
Karena perbandingan tekanan sama, langkahkompessi dan ekspansi, maka :
Dan
BC
A B DC J
H H H H H H
)(
BC
A D
BC
A B DC
J
T T
T T
T T
T T T T
1
k k
A
B
D
C
A
B
D
C
A
B
P
P
T
T
T
T dan
P
P
P
P /1
k k
A
B
J P
P /1
1
k k
A
B
C
A J
P
P
T
T R
/1
1
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 17/21
Tentukan efisiensi termal suatu turbin gas yangmenerima udara pada 25 oC dan 0,1 Mpa. Udara
ini ditekan sehingga sehingga suhu udara masukturbin 900 K dan perbandingan tekanan 4.Penurunan tekanan dalam ruang bakar 0,01 Mpadan dalam pipa keluar dari turbin 0,005 Mpa.
Tentukan juga kondisi pada setiap titik dalam siklus
5. Siklus Rankine
Dalam pembangkit daya uap dan turbin uap, airsebagai fluida kerja mengalami deretanperubahan keadaan. Untuk merubah air menjadiuap digunakan suatu alat yang disebut boiler.
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 18/21
Siklus Rankine (a) diagram siklus Rankine (b) diagram PV
(c) diagram TS
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 19/21
Langkah proses dalam sikulus sebagai berikut:
Langkah AB, air dipompa dari PA ke PB dengan kenaikanentalpi dari H
A menjadi H
B dan kenaikan suhu diabaikan.Air
biasanya mempunyai suhu sedikit lebih rendah dari suhu jenuh pada tekanan PB. Entropi tetap. Kerja yang dilakukanKarena spesifik volume cairan tidak ada perubahan secarasignifikan, - W AB = v( PB – P A ). Kerja ini akan sama dengankenaikan entalpinya, - W AB = HB - H A
Langkah BCD: air dipanas sampai jenuh pada titik C dankemudian diuapkan pada suhu konstan yang membentukuap jenuh pada titik D
Langkah DD’: jika superheater digunakan , suhu uap jenuhakan dinaikkan suhunya dengan penambahan panas QDD’ =HD’ - HD
Langkah DE atau D’E’: Ekspansi isentropik melalui turbin
W DE = HD – HE atau W D’E’ = HD’ – HE’
Langkah E atau E’A: Kondensasi uap
QEA
= H A
– HE atau QE’A
= H
A – HE’
vdP W AB
D
B
S
S
B D BCD TdS H H Q
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 20/21
Kerja siklus bersih merupakan kerja yang dilakukanturbin dikurangi kerja pompa dan harus sama
dengan panas yang masuk dengan mengabaikanenergi potensial, energi kinetik, dan perubahanenergi dalam. Kerja siklus bersih tanpa pemanasanlanjut (superheating)
W net = ( HD – HE ) – ( HB – H A ) = QBCD + QEA Efisiensi siklus
Karena HB – HA nilanya sangat kecil sehingga dapatdiabaikan
BCD
EA BCD
BCD
net R
Q
Q
W
B D
A B E D
H H
H H H H
B D
E D
H H
H H R
7/23/2019 Thermodinamika Pt 15
http://slidepdf.com/reader/full/thermodinamika-pt-15 21/21
Jika uap yang keluar dari boiler dipanaskan lanjutdalam superheater
W net = ( HD’ – HE ) – ( HB – H A ) = QBCD + QDD’ + QEA
Bila HB – HA diabaikan, efisinsi menjadi
D D B D
A B E D
DD BCD
net
S R H H H H
H H H H
W
'
'
'
,
B D
E DS R
H H
H H
'
',