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 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 :

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.