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



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.



Pada umumnya, langkah pertama dan terakhir diabaikan,sehingga siklus Otto hanya terdiri dari empat langkah yang

dapat dilihat pada gambar dibawah ini



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



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

QQ

Q

W nrt o

BC

A D

o

T T

T T

1



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



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



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



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



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



3. Siklus Gabungan udara standar (Dual Cycle)

Siklus gabungan udara-standar merupakan siklusaktual yang menggabungkan siklus Otto dan siklusDiesel.



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.



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



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)



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 )(



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



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.



Siklus Rankine (a) diagram siklus Rankine (b) diagram PV

(c) diagram TS



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



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

QQ

Q

W

B D

A B E D

H H

H H H H

B D

E D

H H

H H R



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

QQ

W

'

'

'

,

B D

E DS R

H H

H H

'

',

thermodinamika pt 15

Documents