Contoh Soal 1: Tentukan efisiensi dari siklus rankine pada siklus uap dengan tekanan kondensor 10 Kpa. Tekanan uap keluar boiler ialah 2 Mpa. Uap keluar dari boiler sebagai uap jenuh.
Penyelesaian : Mengacu pada gambar 2.1 dan 2.2, sebagai bantuan pemecahan soal Kondisi 1. Pada kondisi ini, fluida kerja diaasumsikan sebagai kondisi cair jenuh. Karenanya
kita dapat mengetahui sifat termodinamika pada kondisi 1. P1 = 10 Kpa ( tekanan kondensor ). v1 = 0,00101 m3/kg ( kondisi uap jenuh : tabel tekanan ) h1 = 191,8 Kj/Kg ( kondisi uap jenuh : tabel tekanan ) Kondisi 2. Dalam kondisi ini, tekanan kerja dari fluida kerja telah meningkat dan fluida kerja mengalami perubahan fasa dari kondisi cair jenuh menjadi kondisi cair. Hal ini dapat
dilakukan dengan memompa fluida kerja sebelum fluida tersebut masuk ke boiler. Dikarenakan fluida kerja tidak dalam kondisi jenuh, maka kita dapat mengetahui sifat termodinamika dari fluida kerja dengan menggunakan persamaan pada tabel 2.1
P2 = 2 Mpa (Tekanan uap keluar boiler). v1 = v2 = 0,00101 m3/kg (Karena pada kondisi ini fluida kerja memiliki volume spesifik yang tidak berubah dari kondisi cair jenuh menjadi kondisi cair). Enthalpi dari fluida kerja tidak dapat langsung diperoleh dari tabel uap jenuh. Kita dapat memperoleh entalphy dengan menggunakan bantuan hukum I thermodinamika untuk proses pemompaan.
Maka kerja pompa dinyatakan dengan persamaan : (kerja pompa) Wp = (volume spesifik) v ( (tekanan diboiler) P2 – (tekanan di kondensor P1)
atau Wp = h2 + h1 maka : (enthalphy dari fluida kerja) h2 = Wp + h1 (kerja pompa) Wp = 0,00101 (2000 – 10)
= 2,0 Kj/Kg maka : (enthalphy dari fluida kerja ) h2 = Wp + h1= 2,0 + 191,8 = 193,8 Kj/Kg Kondisi 3. Pada kondisi ini, fluida kerja telah dipanaskan dalam ketel hingga mencapai kondisi uap jenuh. Karena uap berada dalam kondisi jenuh, maka kita dapat mengetahui sifat termodinamik
dari fluida kerja dalam tabel termodinamika untuk sifat uap. P3 = 2 Mpa (Tekanan uap keluar boiler) (entrophy) s3 = 6,3409 Kj/(Kg)(K) (kondisi uap jenuh ; didapat dari tabel uap air). (enthalphy) h3 = 2799,5 Kj/Kg (kondisi uap jenuh ; didapat dari tabel uap air).
penting untuk memperoleh harga entropy dari fluida kerja pada kondisi ini. Hal ini dikarenakan proses ekspansi pada fluida kerja di dalam turbin, sehingga fluida kerja akan berubah sifat dari uap jenuh menjadi uap campuran (uap dan cairan). Sehingga kita tidak dapat mengetahui sifat termodinamika dari fluida kerja dalam tabel uap. Kita akan menggunakan persamaan yang terdapat pada tabel 2.1 . Kita juga akan memerlukan harga dari kualitas (fraksi) dari fluida kerja sebelum kita dapat menggunakan persamaan yang terdapat pada tabel 2.1. Kita dapat memperoleh kualitas dari fluida kerja pada kondisi 4 dengan menentukan besarnya entropi terlebih dahulu. Proses yang terjadi pada turbin ialah proses ekspansi adiabatik reversible, sehingga entropy dari kondisi 4 sama dengan entropi fluida kerja pada kondisi 3.
Kondisi 4.
P4 = 10 Kpa (tekanan kondensor) s4 =s3 = 6,3409 Kj/(Kg)(K) (Ekspansi Adiabatik reversible di turbin) sf 4 = 0, 6493 Kj/(Kg)(K) (Kondisi Uap Jenuh : didapat dari tabel uap air) sfg4 = 7, 5009 Kj/(Kg)(K) (Kondisi Uap Jenuh : didapat dari tabel uap air) hf 4 = 191, 8 Kj/(Kg)(K) (Kondisi Uap Jenuh : didapat dari tabel uap air) hfg4 = 2392.8 Kj/(Kg)(K) (Kondisi Uap Jenuh : didapat dari tabel uap air)
Kualitas uap pada kondisi 4 dapat dihitung menurut persamaan berikut :
s4 = sf 4 + x sfg4 6,3409 = 0, 6493 + x (7, 5009) x = 0,7588 Enthalpi dari uap pada kondisi 4 dapat dihitung dengan persamaan berikut :
h4 = hf 4 + x hfg4 h4 = 191, 8 + (0,7588)( 2392,8) = 2007,5 Kj/Kg
Panas yang dipindahkan oleh boiler sebesar :
Qin = h3 - h2 = 2799,5 – 193,8 = 2605,7 Kj/Kg
Panas yang diserap oleh Kondensor sebesar :
Qout = h4 - h1 = 2007,5 – 191,8 = 1815,7 Kj/Kg
Kerja turbine sebesar : Wturbin = h3 - h4
= 2799,5 – 2007,5 = 792 Kj/Kg
Efisiensi thermal :
