Steam Power Plant

Steam power plant :

adalah salah satu contoh jenis mesin panas yang dapat mengubah panas menjadi kerja.

Sebagai fluida kerja :

adalah air.

Steam power plant terdiri dari :

1. Boiler :

Untuk memasukkan panas kedalam fluida kerja, dalam hal ini air diuapkan.

2. Turbin Uap atau Mesin Uap :

Untuk mengeluarkan kerja. Uap air berekspansi.

3. Kondenser :

Untuk mengeluarkan panas. Uap air terkondensasi.

4. Pompa Air :

Untuk memasukkan air kedalam boiler.

Diagram Steam Power Plant:

Proses yang terjadi pada steam power plant adalah berikut ini :

1. Air pada T ambient dipompa ke boiler dengan tekanan tinggi.

2. Panas dari bahan bakar (panas pembakaran dari bahan bakar fosil ataupun hasil

dari reaksi kimia misalnya) dipindahkan oleh boiler ke air, sehingga

mengakibatkan air berubah menjadi steam bersuhu tinggi pada P boiler.

3. Energi di-transfer sebagai kerja mesin dari steam ke sekelilingnya. Proses ini

dilakukan oleh turbin misalnya, dimana steam diekspansi, diambil energi

berupa suhu dan tekanannya sehingga P dan T turun.

4. Steam keluaran dari turbin ini dikondensasikan pada P dan T rendah melalui

transfer panas dengan air pendingin. Hal ini sekaligus melengkapi berjalannya

siklus ini.

Siklus Rankine terdiri dari 4 tahapan proses :

· 1 – 2 merupakan proses kompresi isentropik dengan pompa. (Win)

· 2 – 3 Penambahan panas dalam boiler pada P = konstan. (Qin)

· 3 – 4 Ekspansi isentropik kedalam turbin. (Wout)

· 4 – 1 Pelepasan panas didalam kondenser pada P = konstan. (Qout)

Proses yang terjadi pada siklus Rankine adalah sebagai berikut :

· pada kondisi 1 air masuk pompa sebagai cairan jenuh dan dikompresi sampai

tekanan operasi boiler. Temperatur air akan meningkat selama kompresi

isentropik ini melalui sedikit pengurangan dari volume spesifik air.

· pada kondisi 2 Air memasuki boiler sebagai cairan terkompresi dan menjadi uap

saturated.

· pada kondisi 3 uap akan menjadi uap superheated. Dimana panas diberikan oleh

boiler ke air pada T tetap. Boiler dan seluruh bagian yang menghasilkan steam ini

disebut sebagai steam generator. Uap superheated pada kondisi 3 kemudian akan

memasuki turbin untuk diekspansi secara isentropik dan akan menghasilkan kerja

untuk memutar shaft yang terhubung dengan generator listrik sehingga

dihasilkanlah listrik.

· Pada keadaan 4 steam akan masuk kondenser dan biasanya sudah berupa uap

jenuh, P dan T dari steam akan turun selama proses ini menuju ke kondenser.

Steam ini akan dicairkan pada P konstan didalam kondenser dan akan

meninggalkan kondenser sebagai cairan jenuh yang akan masuk pompa kembali.

Contoh 1 :

Steam Power Plant bekerja sebagai berikut :

a. Penguapan air dalam boiler dengan tekanan 110,32 psia.

b. Pemanasan terus berlanjut pada tekanan 110,32 psia sampai kekeadaan superheated

yaitu pada suhu 500oF.

c. Ekspansi sampai semua uap terkondensasi pada suhu 200oF

d. Air hasil kondensasi dipompa kembali ke dalam boiler.

Hitunglah berapa :

· Kerja netto yang dihasilkan

· Panas yang masuk ke dalam boiler

· Panas yang keluar dari kondenser

· Efisiensi proses

Penyelesaian :

Gambar 1.5. Diagram Steam Power Plant

Proses Siklus Dalam Steam Power Plant

Basis perhitungan : 1 lb

Keadaan 2 : saturated water (air jenuh siap mendidih)

Data dari table c.3 halaman 626 Smith and Vannesss :

P1 = 110,32 psia

BOILERTURBINE

CONDENSERPUMP

QIN

QOUT

WIN

WOUT

EFF . PROCESS :( ) = Kerja netto / Qin

PenguapanSuperheated

Ekspansi

UapAir

Kondensasi

12

34

5

6

Pendingin

an

T1 = 335 oF

H1 = 306,03 Btu

V1 = 0,01782 ft3

Keadaan 2’ : saturated steam

Data dari table c.3 halaman 626 Smith and Vannesss :

P2 = P1 = 110,32 psia

T2 = T1 = 335 oF

H2 = 1188,9 Btu

V2 = 4,037 ft3

Keadaan 3 : superheated steam

Data dari table c.3 halaman 626 Smith and Vanness :

P5 = P1 = 110 psia

T5 = 500 oF

H3 = 1278,3 Btu

Keadaan 4 : saturated steam

Data dari table c.3 halaman 626 Smith and Vanness :

T6 = 200oF

P6 = 11,526 psia

H4 = 1146,0 Btu

V6 = 33,64 ft3

Keadaan 1 : saturated water

T4 = T6 = 200oF

P4 = P6 = 11,526 psia

H1 = 168,09 Btu

V1 = 0,01664 ft3

a. Mencari kerja netto (Wnetto) :

Wout = W34 = H4 - H3

Wout = 1146,0 – 1278,3 Btu

Wout = -132,3 Btu

Win = W12 = ∫P 4

P 1

vdP

Win=( v1+v 2

2 )( P2−P 4 )

Win=( 0 ,0178+0 ,01664

2 ) ft3 (110−11 , 526) psia

Win = 1,6957 (ft3)(psia)

Win = 0,31 Btu

Maka :

Wnetto = Wout + Win

Wnetto = (- 132,5 + 0,31 ) Btu

Wnetto = - 132,19 Btu

b. Menghitung panas yang masuk (Qin)

Qin = Q23 = H3 - H2

Qin = (1277,5 – 1188,9 ) Btu

Qin = 88,6 Btu

c. Menghitung panas yang keluar (Qout)

Qout = Q41 = H1 - H4

Qout = (168,09 - 1146,0) Btu

Qout = - 977,91 Btu

d. Menghitung efisiensi proses ( )

η =

W netto

Qin

x100 %

η = (-132,19/88,6) x 100%

η = -149.19 %