sistem tenaga uap

BAB I. PENDAHULUAN

Review Termodinamika

Review Termodinamika

Termodinamika merupakan dasar

Termodinamika merupakan dasar

untuk desain, operasi dan unjuk kerja

untuk desain, operasi dan unjuk kerja

suatu sistem tenaga uap

suatu sistem tenaga uap

Sistem tenaga uap merupakan instalasi

Sistem tenaga uap merupakan instalasi

pembangkit daya listrik

pembangkit daya listrik yangyang

menggunakan air dan uap air sebagai

menggunakan air dan uap air sebagai

media/fluida kerjanya

Hukum I Termodinamika

Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat  berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.

Review Termodinamika

Sistem: suatu daerah tertentu dimana perpindahan dan konversi energi dan massa dipelajari. Batasnya bisa tetap atau berubah

Open system: energi dan massa dapat melintasi batas sistem. Closed system: hanya energi yang dapat melintasi batas

Review Termodinamika

Steady state open system / Steady state steady flow (SSSF) system: massa dan energi yang melewati batas sistem tidak  bervariasi terhadap waktu, jumlah massa dan energi dalam sistem konstan.

Energi A Convert  Energi B Completely?

Does not indicated in the first law of TD

Hukum I Termodinamika pada SSSF system

PE₁ + KE₁ + IE₁ + FE₁ + Q = PE₂ + KE₂ + IE₂ + FE₂ + W_sf  Subscript 1 dan 2 menunjukkan titik inlet dan outlet dari open sistem

PE : potential energy = mgz KE : kinetic energy = ½ mV2

IE: internal energy = U, menunjukkan aktivitas molekular fluida. U hanya merupakan fungsi temperatur untuk perfect gas,

merupakan strong function of temperatur dan weak function of pressure for non perfect gas, vapour and liquid.

Review Termodinamika

FE: flow energy adalah kerja yang dilakukan oleh aliran fluida untuk mendorong sejumlah massa m masuk atau keluar sistem. FE = P = Pm

Q: net heat added = Q_A - Q_R

Q_A = panas ditambahkan (masuk) ke sistem Q_R = panas dibuang (keluar) dari sistem

W_sf : net steady flow mechanical work done by the system = W_by - W_on

W_by: kerja dilakukan oleh sistem W_on: kerja dilakukan pada sistem

Review Termodinamika

Hukum TD I dapat dinyatakan sebagai: mgz₁ + ½ mV₁2 _{+ U}

1 + P1 1 + Q = mgz2 + ½ mV22 2+ U2 + P2 2 + W_sf 

Hukum TD I dapat dinyatakan sebagai: Untuk tiap satu satuan massa berlaku:

gz₁ + ½V₁2 + u₁ + P₁₁ + q = gz₂ + ½ V₂2 + u₂ + P₂₂ + w_sf 

Suku U + PV = H dan u + Pv = h disebut sebagai entalpi dan entalpi spesifik 

Hukum TD I dinyatakan dengan:

Review Termodinamika

Entalpi dan energi dalam adalah sifat fluida yang mempunyai

satu nilai tunggal pada sembarang keadaan fluida yang diberikan

v v T  u c



 

 



 

 







 p  p

T 

h

c



 

 



 

 







dan

Penerapan Hukum TD I pada beberapa open system:

• steam generator: q = h₂

_–

h₁ (w_sf = 0, PE₂

_–

PE₁ = negligible,

KE₂

_–

KE₁ = negligible, Q = H₂

_–

H₁)

• steam turbine: w_sf = h₁

_–

h₂ (Q = negligible, PE₂

_–

PE₁ =

negligible, KE₂

_–

KE₁ = negligible, W_sf = H₁

_–

H₂)

• Water pump : w_sf = (P₁

_–

P₂) (Q = negligible, PE₂

_–

PE₁ = 0,

KE₂

_–

KE₁ = negligible, U₂ = U1, ₂= ₁= , W_sf = (P₁

_–

P₂) ) Hukum TD I dapat dinyatakan sebagai:

Untuk tiap satu satuan massa berlaku: gz₁ + ½V₁2 _{+ u}

Review Termodinamika

Siklus Termodinamika

Untuk mengkonversikan bentuk energi (misalnya dari panas

menjadi kerja) secara kontinyu diperlukan suatu siklus. Contoh: siklus Rankine

Penerapan Hukum TD I pada beberapa open system:

• Throttling: h₁= h₂ (Q = 0, W_sf = 0, PE₂

_–

PE₁ = negligible,

KE₂

_–

KE₁ = negligible, H₁= H₂)

Proses: bermula pada satu keadaan fluida kerja dan berakhir pada keadaan yang lain

Review Termodinamika

Siklus: sejumlah

proses yang berawal dan berakhir pada keadaan yang sama, dan diulang secara terus-menerus atau selama diperlukan.

Review Termodinamika

Property of perfect gas and vapors

Perfect (or ideal) gas adalah gas yang mengikuti persamaan keadaan untuk gas ideal:

PV = mRT Pv = RT PV= nR₀T

P: pressure, V: volume, m:mass, R: specific gas constant (R untuk udara = 286,8 J/(kgK), n: jumlah mol (m/M; M adalah massa molekul; M_udara: 28,97), R₀: universal gas constant = RM (=8314,34 /(kg mol K)), T: temperatur absolut 

Imperfect gas adalah gas yang molekul-molekulnya cukup dekat  untuk saling memberikan gaya diantara mereka. Persamaan

keadaan untuk nonperfect gas: PV = mZRT

Z adalah faktor kompresibilitas, besarnya tergantung pada P, T, dan jenis gas.

Review Termodinamika

Vapors (uap) mempunyai sifat yang lebih kompleks dari pada nonperfect gas.

Nilai properties dari water vapors (steam) diberikan dalam tabel uap (tabel uap jenuh dan tabel uap panas lanjut) dan dalam

Diagram P-v

Subcooled liquid

Properties pada saturated liquid line dan saturated vapor line ditentukan dari tabel uap jenuh

Properties pada saturated liquid-vapor region ditentukan dari nilai x dan tabel uap jenuh. x menyatakan perbandingan massa uap terhadap massa uap dan liquid dalam campuran 2 phase. Untuk campuran dengan fraksi uap x berlaku:

h_x = h_f + x h_fg; h_fg = h_g

_–

h_f  v_x = v_f + x v_fg; v_fg = v_g

_–

v_f  s_x = s_f + x s_fg; s_fg = s_g

_–

s_fg

Review Termodinamika

Properties pada daerah compressed liquid dan superheated vapor ditentukan dari tabel uap uap panas lanjut 

The Second Law of Thermodynamics

Kelvin-Planck statement:

Tidak mungkin menyusun suatu alat yang beroperasi dalam siklus dan tidak menghasilkan efek lain selain menghasilkan kerja dan hanya ada penambahan panas (tanpa pembuangan panas) efisiensi termal 100%

Clausius Statement:

Tidak mungkin menyususn suatu alat yang beroperasi dalam siklus dan tidak menghasilkan efek lain selain perpindahan panas dari reservoar suhu rendah ke reservoar suhu tinggi

Review Termodinamika

Review Termodinamika

T

_H

Heat

engine

Q

_A

W

T

_H

Heat

engine

Q

_L

W=0

T

_L

Q

_L

tidak sesuai dengan Kelvin-Planck statement 

tidak sesuai dengan Clausisus statement 

Review Termodinamika

T

_H

Heat

engine

Q

_L

W

T

_L

Q

_L

Heat

engine

Q

_H

Q

_L

T

_H

Heat

engine

Q

_H

- Q

_L

W

T

_L

Review Termodinamika

Konsep Reversibility

Dikenalkan oleh Sadi Carnot pada 1824.

Proses reversible atau proses ideal: proses yang mampu balik  ke keadaan awalnya dengan lintasan yang sama persis dengan proses sebelumnya dan menyerap/melepas energi panas dan kerja yang dipertukarkan dalam proses sebelumnya

Proses nyata: merupakan proses irreversible dengan derajat  irrevesibility yang berbeda-beda

Suatu siklus dikatakan reversible bila semua proses penyusunnya reversible

Penyebab irreversibility: gesekan, heat transfer, throttling dan mixing

Review Termodinamika

Gesekan, terdiri dari

1. Gesekan mekanis: kerja mekanis terdisipasi menjadi kalor 2. Gesekan fluida: gesekan fluida mengakibatkan disipasi

energi fluida menjadi kalor less work and exhaust at  higher temperature

Heat transfer: terjadi dari temperatur tinggi ke temperatur rendah dan tidak mampu balik tanpa kerja dari heat pump Semakin tinggi beda temperatur larger heat loss Larger irrevesibility

Throttling: uncontrolled expansion of fluid from a high

pressure to a low pressure region. Greater pressure difference greater irreversibility

Review Termodinamika

Mixing: proses irreversible yang menghasilkan kehilangan availability fluida penyusunnya

Irreversibility dalam STU:

1. External irreversibilities: Irreversibility yang terjadi

melintasi batas sistem. Sumber utamanya: heat transfer dan gesekan. Contoh: perbedaan temperatur pada

reservoar suhu panas, perbedaan temperatur pada

reservoar suhu rendah, gesekan pada poros turbin, pompa, generator dan lain-lain.

2. Internal ireeversibilities: Irreversibility yang terjadi dalam batas sistem. Sumber utamanya: gesekan fluida. Contoh: gesekan fluida dalam turbin, pompa, pipa dan katup

_–

katup.