1. Anda baru bekerja di perusahaan konsultan. Pekerjaan pertama yang dilakukan adalah menyelidiki kelayakan penggunaan tenaga panas Bumi. Di suatu daerah pegunungan tersedia sumber uap panas bertekanan rendah yang sangat berlimpah sehingga berpotensi menghasilkan energi listrik beberapa ratus MW bila dapat dibuat alat yang tepat. Diusulkan untuk menggunakan siklus power plant dengan menggunakan working fluid berupa tetrafluroethane (HFC-134a) dengan rute seperti pada gambar di bawah ini. Di sekitar lokasi juga tersedia air dingin dalam jumlah berlimpah (ingat ini di pegunungan). HFC-134a cair jenuh keluar kondesor pada suhu 21oC dipompa hingga mencapai tekanan 400 psia lalu dialirkan ke boiler dan keluar sebagai superheated vapor. Uap HFC-134a kemudian diekspansikan pada turbin. Sebagai pilot-plant akan dibuat sebuah power plant dengan kapasitas 2 MW (output bersih, dikurangi daya untuk pompa). Efisiensi turbin adalah sebesar 85% dibanding proses isentropis dan efisiensi pompa adalah 90%.a. Berapakah tekanan keluar turbin yang saudara rekomendasikan?

b. Tentukanlah jumlah working fluid yang disirkulasikan per jam.c. Tentukanlah kebutuhan daya untuk pemompaan.d. Cukup layakkah ide ini untuk dilaksanakan dan juga rekomendasi untuk perbaikan sistem ini.

Untuk Penyederhanaan, abaikan pressure drop di boiler dan di kondenser.

Gambar 1. Siklus power plant dengan menggunakan HFC

Diketahui :

Ditanya :

a. ?b. Working fluid per jam ?c. d. Cukup layakkah ide ini dilaksanakan, beri alasan !Jawab :

a. Dari soal dikatakan bahwa HCF yang keluar dari kondensor pada suhu berupa cair jenuh. Untuk mengetahui nilai tekanan pada suhu tersebut, dapat dilihat dari properties dari refrijeran jenuh 134a ( uap cair ). Nilai tersebut dapat dilihat dibuku Michael J. Moran .Fundamentals Engineering of Thermodynamics edisi 5. halaman 751 :

Dengan interpolasi nilai tekanan terhadap suhu, didapatkan :

b. Dilihat dari efisiensi turbinnya yang sebesar 85 %, maka didapatkan :

Dari persamaan diatas, pembilang merupakan nilai kerja actual per satuan massa dalam system dan penyebut merupakan nilai kerja ideal per satuan massa dalam sistem. Nilai diperoleh dari superheated steam table untuk refrijeran 134a pada 400 psia dan 220oF (literature diperoleh dari buku Termodinamika Teknik oleh Michael J. Moran).

Agar mengetahui nilai kerja nyata, maka dibutuhkan nilai . Namun, untuk memperoleh h4 dibutuhkan nilai (H4 isentropis) terlebih dahulu. Maka dari data yang telah didapatkan, diperoleh :

Menentukan nilai dari nilai entropi pada kondisi 4s dan 3 yang merupakan kondisi isentropis. Nilai entropi pada kondisi 3 dapat ditentukan dari superheated steam table untuk refrijeran 134a pada 400 psia dan 220oF

Memeriksa fasa pada kondisi 4s. Diketahui pada nilai entropi pada kondisi 4s adalah dan tekanannya adalah 85,587 psi. Berdasarkan tabel saturated steam untuk refrijeran 134a, nilai entropi uap jenuhnya pada tekanan 85,587 adalah :

Dengan interpolasi didapatkan :

Dengan demikian:

Karena lebih besar dari , fasa refrijeran setelah keluar dari turbin masih superheated. Mencari suhu ketika tekanannya 85,587 psi dan entropinya 0,2343 btu/lboR. Hal ini dibantu dengan superheated steam untuk refrijeran 134a. Tabel berikut meringkas hasil interpolasi yang dilakukan.Tabel 1. Tabel interpolasi P, T, dan S.

Suhu

Entropi (s) /

80 psia85.587 psia90 psia

800.22390.22200.2205

1000.23270.23090.2295

x0.2343

Suhu ketika tekanannya 85,587 psi dan entropinya 0,2343 btu/lboR adalah

Mencari enthalpy ketika tekanannya 85,587 psi, entropinya 0,2343 btu/lboR dan suhunya 107,64oF. Hal ini dibantu dengan superheated steam untuk refrijeran 134a. Tabel berikut meringkas hasil interpolasi yang dilakukan.

Tabel 2. Tabel interpolasi P, T, dan H.

Suhu

Enthalpy (s) /

80 psia85.587 psia90 psia

107.64120.87X120.25

Enthalpinya adalah . Enthalpi yang dicari merupakan h4s.

Menentukan nilai h4:

Sesuai yang telah dijelaskan diatas, nilai pembilang merupakan kerja nyata per satuan massa. Maka:

Dari soal, diberikan nilai daya adalah 2MW. Dengan kata lain:

Dengan demikian:

Jadi massa refrijeran 134a yang dibutuhkan dalam siklus ini per jamnya adalah 238538.0667 kg.