PBL 3_Kelompok 7
-
Upload
raihan-fuad -
Category
Documents
-
view
216 -
download
0
Transcript of PBL 3_Kelompok 7
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 1/37
TERMODINAMIKA TEKNIK KIMIA
MAKALAH PEMICU III
SIKLUS DAYA
Disusun oleh:
Kelompok 7
Muhamad Madani 1306405755
Muhammad Raihan Fuad 1406564452
Radifan Fajaran!o 1406531643
Ri"k #di $ur%oko 14065316&4
'eshin!a Risk $riasmara $u!ri 1506775512
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS INDONESIA
DEPOK
2016
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 2/37
Termodinamika Teknik Kimia | PBL 3 – Siklus Daya1
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((i
DAFTAR TABEL((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((ii
DAFTAR GAMBAR (((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((ii
Part 0((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((1
Part 1((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((6
Part 2(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()
Part 3((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((12
Part 4((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((15
Part ((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((21
DAFTAR PUSTAKA 26
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 3/37
DAFTAR TABEL
*a+el 1( Da!a en!alpi superheated steam pada !ekanan 0,5 M$a((((((((((((((((((((((((((((((((((13
*a+el 2( Da!a en!ropi superheated steam pada !ekanan 0,5 M$a((((((((((((((((((((((((((((((((((13
*a+el 3( Da!a en!alpi dan en!ropi superheated steam pada !ekanan 0,1 M$a(((((((((((((((14*a+el 4( Da!a -olume spesifik, en!alpi, dan en!ropi superheated steam pada arus 1(( ((22
*a+el 5( Da!a suhu, -olume spesifik, dan en!alpi pada !ur+in(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((23
*a+el 6( Da!a suhu, -olume spesifik, dan en!ropi pada throttling valve(((((((((((((((((((((((23
*a+el 7( Da!a -olume spesifik, en!alpi, dan en!ropi pada arus 6(((((((((((((((((((((((((((((((((((24
DAFTAR GAMBAR
.am+ar 1( $rinsip kerja dan perpindahan kalor dari vapor power plant ((((((((((((((((((((((((1
.am+ar 2( /kema !ur+in uap a!au as denan aliran arah aksial((((((((((((((((((((((((((((((((((((2
.am+ar 3( /kema kondensor((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((2
.am+ar 4( /kema heat engine(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((3
.am+ar 5( /iklus arno! pada diaram p(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((4
.am+ar 6( Diaram */ pada mesin kalor kiri dan mesin arno! kanan((((((((((((((((((6
.am+ar 7( /kema Ranque-Hillsch vortex tube(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((&
.am+ar )( Diaram hs pada sis!em !ur+in(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((12
.am+ar &( Steam table un!uk superheated steam pada !ekanan 0,5 M$a(((((((((((((((((((((13
.am+ar 10( Steam table un!uk superheated steam pada !ekanan 0,1 M$a(((((((((((((((((((14
.am+ar 11( /kema sis!em !ur+in(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((14
.am+ar 12( a Diaram Mollier hs dan + perhi!unan efisiensi dari diaram(((((((((15
.am+ar 13( /kema sis!em power plant di sunai oa%e(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((16
.am+ar 14( /kema uni! !ur+in pada oa%e power plant ((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((17
.am+ar 15( /kema uni! heat exchanger pada oa%e power plant (((((((((((((((((((((((((((((1)
.am+ar 16( /kema sis!em superheated steam((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((21
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 4/37
Part 0
Important power generating systems include vapor power plants, gas turbine power plants,
and internal combustion engines. A typical vapor power plant is shown in the oran!s boo".
#xplain the $unction o$ each unit o$ a Ran"ine %ycle& 'a( )apori*er, 'b( +urbine#xpander, 'c(
%ondenser, 'd( ump. ive a de$inition o$ heat engines. Is vapor power plant a heat engine/
#xplain. 0erive the %arnot!s engine e$$iciency $ormula 'eq. 1.2(, given in S)A 3 th ed., based
on the use o$ an ideal gas as the wor"ing $luid. #xplain why the e$$iciency o$ the %arnot heat
engine is higher than the typical e$$iciency value o$ an actual heat engine which is usually
45.6.
!a"a#a$%
Ga&#ar 1' $rinsip kerja dan perpindahan kalor dari vapor power plant
/um+er: Fundamen!als of nineerin *hermodnamis, Moran e! al, 2014
a( )apori*er
$ada vapori*erboiler , !erjadi proses isobaric heat trans$er ai!u fluida +er!ekanan !ini
dari pump akan masuk ke dalam vapori*er , menerima kalor an kemudian
menu+ahna menjadi uap( #pa+ila fluida an diunakan adalah air, maka air akan
+eru+ah menjadi steam(
b( +urbine
*ur+in adalah se+uah ala! an menhasilkan eneri dari hasil as a!au liquid an
mele%a!i +alin+alin pada sha$t an +e+as +erpu!ar(
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 5/37
Ga&#ar 2' /kema !ur+in uap a!au as denan aliran arah aksial
/um+er: Fundamen!als of nineerin *hermodnamis, Moran e! al, 2014
$ada !ur+in, steam an dihasilkan boilervapori*er akan masuk ke dalam !ur+in danmenalami proses ekspansi isen!ropik an menu+ah eneri dalam menjadi eneri
kine!ik( Kemudian, eneri kine!ik i!u diu+ah menjadi kerja sha$t ke!ika steam mele%a!i
+alin+alin pada rotating sha$t ( #liran s!eam an masuk !ur+in akan diu+ah menjadi
aliran ampuran vapor-liquid denan kuali!as 8 &09
c( %ondenser
Ga&#ar 3' /kema kondensor
/um+er: .oole
Kondensor adalah sua!u ala! an !erdiri dari jarinan pipa dan diunakan un!uk
menu+ah uap menjadi "a! air( Kondensor pada siklus Rankine menalami proses
isobaric heat re7ection ai!u ampuran vapor-liquid an dihasilkan oleh !ur+in akan
dialirkan pada !ekanan an rendah pada kondensor, kemudian dialirkan jua fluida an
mampu menerap panaskalor an +iasana adalah air pendinin( Kondensor diranan
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 6/37
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 7/37
;erdasarkan karak!eris!ik mesin kalor, ki!a dapa! meliha! +ah%a vapor power plant
mempunai karak!eris!ik an sama ai!u vapor power plant menerima kalor pada vapori*er
dan menu+ah air menjadi uap( Kemudian pada !ur+in, eneri panas diu+ah menjadi eneri
kine!ik, ai!u +erupa erak +erpu!ar sha$t an diaki+a!kan oleh uap an mele%a!i +alin
+alin pada !ur+in( Kemudian, se+aian panas di+uan menjadi suhu an le+ih dinin pada
proses di kondensor, di mana uap diu+ah menjadi air kemudian dipompa dan kemudian
memasuki vapori*er kem+ali( Denan ka!a lain, mesin kalor +ekerja dalam sua!u siklus(
fisiensi Mesin arno!
Ga&#ar ' /iklus arno! pada diaram p
/um+er: <n!rodu!ion !o hemial nineerin *hermodnamis, /mi!h, e! al, 2005
/iklus oleh as ideal an dianap se+aai fluida kerja pada mesin arno! di!unjukkan oleh
diaram p di a!as an !erdiri dari empa! lankah an re-ersi+el:
1( a = + kompresi adia+a!ik hina suhu naik dari * ke *>
2( + = ekspansi iso!ermal ke !i!ik denan menerap panas ?@>?
3( = d ekspansi adia+a!ik hina suhu !urun ke *
4( d = a kompresi iso!ermal ke posisi a%al denan mem+uan panas ?@?
An!uk proses iso!ermal dari + = dan d = a didapa!kan:
|Q H |= R T H lnV c
V bdan|Qc|= R T C ln
V d
V a
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 8/37
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 9/37
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 10/37
0erive the $ormula $or entropy changes o$ a gas starting $rom the $irst law o$
thermodynamics assuming ideal gas condition holds, the process is reversible, and the ideal
gas heat capacity is constant. 8se the equation you obtain to solve the $ollowing problem.
!a"a#a$%
$ersamaan umum hukum < !ermodinamika ai!u
ΔU =Q+W +( ∆ H +∆ K +∆ P )(1)
Karena sis!em !er!u!up maka didapa!kan persamaan
ΔU =Q+W (2 )
Karena proses re-ersi+el maka
Q=Qrev danW =−∫v 1
v 2
PdV
/ehina !urunan persamaan 2 adalah
dU =dQ rev− PdV (3)
/edankan en!alpi adalah
H =U + PV (4)
*urunan dari persamaan 4 adalah
dH =dU + PdV +VdP(5)
/u+s!i!usi persamaan 3 ke persamaan 5
dH =d Qrev− PdV + PdV +VdP=d Q rev+VdP(6)
$ada as ideal dike!ahui
dH =C pig
dT (7)
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 11/37
V = RT
P (8)
/u+s!i!usi persamaan 7 dan ) ke persamaan 6 didapa!kan
C pig
dT =d Qrev+ RT
P dP
dQrev
T =
C pig
dT
T − R
dP
P (9)
*urunan dari en!ropi adalah
dS= d Qrev
T (10)
Maka persamaan !urunan en!ropi pada as ideal adalah
dS=C pig
dT − R dP
P atau
dS
R =
C pig
dT
TR −d ln P(11)
<n!erasi pada keadaan a%al *0 dan $0 ke keadaan akhir * dan $ didapa!kan persamaan
en!ropi pada as ideal adalah
∆ S
R =∫
T 0
T C p
igdT
TR −d ln P(12)
Part 2
+he Ranque-Hilsch vortex tube is a device that receives a gas stream 'say at 95 bar and :;1
<( and divides it into two streams with equal mass $low rates and equal pressure o$ 9 bar.
+here is no mechanical wor" and heat trans$er involve in the operation o$ this device 'see
=vortex tube>, wi"ipedia(. Show by using the $irst and the second law o$ thermodynamics,
that maximum temperature di$$erence between the two outlet streams is 159 <. Hint& largest
temperature di$$erence can be obtained only i$ gas expansion is a reversible process. 8se % p
gas o$ ?5 "@'"mol<(. 0iscuss what would happen i$ BS total '#q. 1.9; given S)A 3 th ed.( has a
negative value.
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 12/37
!a"a#a$%
Dike!ahui:
• B 0 G
• @ B 0 G
• p B 30 kGkmolHK
• $1 B 10 +ar
• *1 B 2&5 K
• $2 B 1 +ar
• $3 B 1 +ar
• /is!em *er!u!up
• /ifa! Re-ersi+el
•
• Di!ana:
• Menunjukkan +ah%a *2*3 B 501 K dan +aaimana jika nilai Δ/ B 0
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 13/37
Ranque-Hilsch vortex tubeṁ1 P2 = 1 bar
T2
ṁ2 = ṁ
P1 = 10 bar T1 = 2! K
ṁ3 = ṁ
P3 = 1 bar T3
•
• Ga%a+:
• Ga&#ar (' /kema Ranque-Hilsch vortex tube
• /um+er: Dokumen pri+adi
•
• eraa massa dari sis!em di a!as adalah se+aai +eriku!
•
∆ mcv=∑i
mi−∑e
me •
I• 1
• 0=m1−(m2+m3)
• m1=m2+m3
• m1= m+ m=2 m
•
•
•
• eraa eneri >ukum *ermodinamika < dari sis!em di a!as dapa! dina!akan se+aai
+eriku!(
•
•
I• 2
•
0=
∑i
mii−
∑i
me e
• 0=m1 1−( m22+ m3 3 )
• 0=2 m 1−( m2+ m 3 )
• 0=m (21−2−3 )
• 0=21−2−3
• 21=2+3
• •
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 14/37
• 2∫
T re!
T 1
C P dT =∫T re!
T 2
C P dT +∫T re!
T 3
C P dT
• 2C P T |T
re!
T 1 =C P T |T re!
T 2 +C P T |T re!
T 3
• 2C P (295 K −T re! )=C P (T 2−T re! )+C P (T 3−T re! )
• T 2+T 3=590 K •
I
•
3
• /a!u mol a!au sa!u sa!uan massa fluida !er!en!u an menjalankan proses re-ersi+el
pada sua!u sis!em !er!u!up(
• >ukum *ermodinamika < memenuhi persamaan +eriku!(
• dU =d Q rev− PdV •
I
•
4
•
• n!alpi > dina!akan dalam persamaan
• H C 8 D ) •
I
•
5
•
• Dimana : 8 C energi dalam, C te"anan, ) C volume sistem•
•
• Diferensiasi, didapa!kan persamaan•
•
• dH =dU + PdV +VdP •
I
•
6
•
• ;ila persamaan 4 disu+!i!usikan ke dalam persamaan 6, maka
persamaan menjadi
•
•
• dH =d Qrev− PdV + PdV +VdP
• d Qrev=dH −VdP
•
I
•
7
•
• $ada as ideal,•
•
• dH =C p dT
• V =
RT
P
•
I
•
I
•
)
•
&
• • •
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 15/37
• ;ila persamaan ) dan & disu+s!i!usikan ke dalam persamaan 7
dan di+ai denan * maka,
•
dQrev
T =C p
dT
T − R
dP
P
•
I
•
10
•
• Dari persamaan dia!as,
•
dQrev
T
•
• Mena!akan sua!u diferensial en!ropi, sehina
• •
•
dS=C p
dT
T − R
dP
P
•
I
•
11
• ;ila persamaan 11 diin!erasikan denan keadaan a%al *1 dan
$1 denan keadaan akhir *2 dan $2, maka persamaan menjadi
• •
• ∆ S=∫
T 0
T
C pdT
T − R ln
P
P0
•
I
•
12
•
• $ada persamaan 12, !idak !erjadi peru+ahan en!ropi, sehina
persamaan 11 menjadi
• •
• 0=∫
T 1
T 2
C pdT
T − R ln
P2
P1
+∫T 1
T 3
C pdT
T − R ln
P3
P1
• 0=C p (lnT 2−lnT 1)− R ln
P2
P1
+C p ( lnT 3−lnT 1 )− R ln P3
P1
•
T 3lnT 2+ ln¿
¿
0=30 "#
"mol $ K ¿
• lnT 2$ T 3=10,098
• T 2 $ T 3=24294,372
•
• ;ila persamaan 13 disu+s!i!usi ke dalam persamaan 3, maka:
•
•
I
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
13
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 16/37
•
24294,372
T 3+T 3=590
• T 3
2−590T 3+24294,372=0
• T 3=44,539
• T 2=545,461
T 2−T 3=500,992
•
• *er+uk!i +ah%a + :+ ? B 501 K(
•
• ;ila E/ nea!if, maka proses di a!as !idak munkin !erjadi( Gika E/ J 0 maka proses
an !erjadi +ersifa! irreversible, jika E/ B 0 maka proses an !erjadi +ersifa!
reversible, jika E/ 0 maka proses !idak munkin !erjadi( n!ropi an +esar
menandakan +ah%a eneri panas kalor an hilan +esar, sedankan en!ropi an
keil menandakan +a%ah eneri panas an hilan keil( Denan demikian E/ 0
menandakan +a%ah !idak ada eneri panas an hilan( >al ini +er!en!anan denan
hukum !ermodinamika kedua an mena!akan +ah%a !idak munkin sua!u ala! dapa!
menhasilkan 100 kerja dari sua!u reser-oir saja, akan selalu ada eneri panas an
hilan ke reser-oir lainna(
•
Part 3
• A steam turbine operates at steady state with inlet conditions o$ p9 C 1 bar, + C
?:5E%. Steam leave the turbine at pressure o$ 9 bar. +here is no signi$icant heat
trans$er between the turbine and its surroundings. <inetic and potential energychanges between inlet and exit are negligible. I$ the isentropic turbine is 31F,
determine the wor" developed per unit mass o$ steam $lowing through the turbine, in
"@"g. #xplain how the e$$iciency o$ the turbine could be estimated $rom the graph
below 'ta"en $rom oran and Shapiro!s Gundamentals o$ #ngineering
+hermodynamics(.
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 17/37
• Ga&#ar )' Diaram hs pada sis!em !ur+in
• /um+er: Fundamen!als of nineerin *hermodnamis, Moran e! al, 2014
•
!a"a#a$%
• ;e+erapa asumsi an diunakan un!uk mendapa!kan solusi dari soal:
• /is!em steady state
• $roses adia+a!is
• neri kine!ik dan po!ensial dia+aikan
•
• $ersamaan un!uk memperoleh usaha an dilakukan oleh !ur+in:
•
W cv
m =ηt ( W cv
m )%
=ηt (1−2% )
•
• $ada !ekanan p1 B 5 +ar, dan *1 B 320L diperoleh informasi en!alpi dan en!ropi
se+aai +eriku!:
•
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 18/37
•
Ga&#ar *' Steam table un!uk superheated steam pada !ekanan 0,5 M$a
• /um+er: #/M /!eam *a+le ompa! di!ion, #/M, 2006
•
• Da!a en!alpi
• Ta#+, 1' Da!a en!alpi superheated steam pada !ekanan 0,5 M$a
• - .MPa/ • 300C • 320C • 30C
• 0
• 3064,6
kGk • >1
• 316),1
kGk
•
• <n!erpolasi nilai >
• H 1=3064,6+(320−300
350−300 ) (3168,1−3064,6 )
• H 1=3064,6+41,4
• H 1=3106"# /"g
•
• Da!a en!ropi
• Ta#+, 2' Da!a en!ropi superheated steam pada !ekanan 0,5 M$a
• - .MPa/ • 300C • 320C • 30C
• 0• 7,4614
kGkHL• /1
• 7,6345
kGkHL
•
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 19/37
• <n!erpolasi nilai /
• S1=7,4614+( 320−300
350−300 ) (7,6345−7,4614 )
• S1=7,4614+0,06924
• S1=7,5306 "# /"g &℃
•
• /is!em merupakan !ur+in isen!ropik, maka pada p2 B 1 +ar, nilai /2s B /1 B 7,5306
kGkHL( Maka nilai >2s dapa! diperoleh denan menin!erpolasi da!a / pada p2 B 1
+ar
•
•
• Ga&#ar 10' Steam table un!uk superheated steam pada !ekanan 0,1 M$a
• /um+er: #/M /!eam *a+le ompa! di!ion, #/M, 2006
•
• Dari steam table !erse+u!, dilakukan in!erpolasi un!uk mendapa!kan nilai >2s
•
• Ta#+, 3' Da!a en!alpi dan en!ropi superheated steam pada !ekanan 0,1 M$a
- .MPa/
properti
es
100C
C
10C
• 01
H • 2675,)
kGk• >2s
• 2776,6
kGk
S • 7,3610
kGkHL
• 7,5306
kGkHL
• 7,6147
kGkHL
•
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 20/37
"1 = ! bar
T1 = 320#$1 = 310% k&'k(
S1 = )*!30% k&'k(+,#
inle- ou-le- "2 = ! bar
$2s = 2).3*1/ k&'k(S2s = )*!30% k&'k(+,#
• H 2%=2675,8+( 7,5306−7,3610
7,6147−7,3610 ) (2776,6−2675,8 )
• H 1=2675,8+67,3854
• H 1=2743,18 "# / "g
•
• <nformasi an diperoleh adalah se+aai +eriku!:
•
•
• Ga&#ar 11' /kema sis!em !ur+in
• /um+er: Dokumen pri+adi
•
• Maka, kerja dapa! diperoleh denan memasukkan nilai pada persamaan:
•
W cv
m =ηt (1−2% )
•
W cv
m =0,75 & (3106−2743,18)
•
W cv
m =272,12 "# /"g
• $enjelasan perhi!unan efisiensi dari rafik:
• /kema pada soal merupakan per+esaran dari diaram Mollier hs !erdapa! pada
steam table(
•
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 21/37
• Ga&#ar 12' a Diaram Mollier hs dan + perhi!unan efisiensi dari diaram
• /um+er: .oole dan hio(edu
•
Maka, un!uk memperoleh nilai efisiensi pada diaram diperlukan in!erpolasi dari !i!ik
!i!ik da!a > ser!a / an dike!ahui, in!erpolasi dilakukan denan menunakan skala
pada am+ar, !idak +erdasarkan da!a pada steam stable( $ada am+ar +, di!unjukkan
+ah%a efisiensi !ur+in merupakan pem+aian an!ara nilai kerja ak!ual a denan
nilai kerja isen!ropik s(
•
• Part 4
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 22/37
ou have been charged with the construction o$ a new power plant to supply 955
o$ baseload power to #coawareville, ontana. +he #coawe river is really not much
more than a stream, and during times o$ dry weather, its $low can decline to as low as
15,555 lbssec. However, itJs the only source o$ cooling available $or your power plant, so a site on the river has been selected and approved by the town council. our
7ob is to construct a vapor power cycle. +he best turbine available has a sha$t power
o$ 955 , a maximum inlet temperature o$ 9555EG and maximum inlet pressure o$
9:55 psi. +he #coawe is $ed by mountain runo$$, so it never rises above 1;EG, which
ma"es it an ideal habitat $or the rare bac"-$lipping trout. A downstream temperature
rise o$ more than 6.5EG 'i.e. a temperature over K?EG( will endanger this trout, and
the citi*ens o$ #coaware will be swi$t to demand your head on a platter. ast
experience has also shown that algae blooms occur i$ the discharged cooling water is
greater than 31EG. 'Assume atmospheric pressure $or the river(. +he water at the
turbine outlet must be at least ;5F vapor to avoid turbine damage. Set up a simple
vapor cycle that uses a heat-exchanger as its condenser. odel the river using a
source and a sin" and use a splitter and direct 15F o$ the $low o$ cooling water
through the heat-exchanger. Report on the thermal and the %arnot e$$iciency given
the above constraints. %hec" i$ the quality spec is met. a"e the $ollowing
assumptions& 'a( +he wor"ing $luid exiting the heat exchanger should be a saturated
liquid, 7ust as it would $or a Ran"ine cycleL 'b( Set equal to 95 "A at the turbine
outlet.
•
!a"a#a$%
• $enam+aran sis!em:
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 23/37
b
d
a
Pou-le- = 10Pinle- = 1200 "si
T = 1000,
Pou-le- = 1Sa- liuid
4ou-
5in$ea- 678an(erBoiler
4in
Turbine
Pum"
•
• Ga&#ar 13' /kema sis!em power plant di sunai oa%e
• /um+er: Dokumen pri+adi
•
#sumsi:
• /iklus Rankine merupakan sis!em an steady state
• #liran pada outlet !ur+in memiliki !ekanan se+esar 10 k$a
• #liran pada outlet heat exchanger merupakan aliran saturated liquid
• #liran pada inlet dan outlet heat exchanger memiliki !ekanan an sama, ai!u se+esar
10 k$a
• /uhu aliran sunai saa! memasuki heat exchanger se+esar 5&LF
• /uhu aliran sunai pada downstream se+esar 63LF
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 24/37
Pinle- = 1200 "si
T = 1000,
4ou- = 100 94 = *! : 10. B-u's
Pou-le- = 10 kPa
b
•
• $eninjauan Ani! *ur+in
• $enam+aran sis!em:
•
• Ga&#ar 14' /kema uni! !ur+in pada oa%e power plant
• /um+er: Dokumen pri+adi
•
• $ada aliran a p B 1200 psi N * B 1000LF:
• H a=1499,7 'tu/ lb Sa=1,6927 'tu/ lb
o R
•
• $ada aliran +: $ B 10 k$a N ( )90
•
• $ersamaan umum hukum < !ermodinamika
• ∆ [m (U +
^
P*+^
K* ) ]%+%tem=Q−W −∆ [m (^ H +^
P*+^
K* ) ]!lo,
•
• #sumsi:
• neri po!ensial dan eneri kine!ik dia+aikan
• $roses +erlansun dalam keadaan steady state dan adia+a!ik @ B 0
•
• /ehina, persamaan umum hukum < !ermodinamika menjadi
• W out =m ( H a− H b ) -9,5.10
4 'tu
% =m(1499,7− H b)
'tu
lb
• m=
9,5.104 'tu
%
(1499,7− H b)'tu
lb
= 9,5.10
4
(1499,7− H b)lb
% (1)
•
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 25/37
P = 10 kPa
2
1 $ea- 678an(er
<ir Sun(ai
T = !,
m = !0000 lb's
Pb = 10 kPa
Sa-ura-edLiuid
3
.
b
T3* ma7 = )!,
T!* ma7 = %3,!
• $eninjauan Ani! >ea! Ohaner
• $enam+aran sis!em:
•
• Ga&#ar 1' /kema uni! heat exchanger pada oa%e power plant
• /um+er: Dokumen pri+adi
•
• $ada aliran 1:
• T =59
o / m1=5.10
4 lb
% H 1=27,08
'tu
lb
•
•
$ada aliran 2 dan 4 asumsi splitter !idak menu+ah nilai en!alpi, en!ropi, dan suhudari aliran sunai:
• T =59
o / m2=m4=2,5.10
4 lb
% H 2= H 4=27,08
'tu
lb
•
• $ada aliran 3
• T 3ma(=75
oC m3=2,5.10
4 lb
%
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 26/37
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 27/37
• Gadi kalor an diserap oleh aliran sunai se+esar 2 P 10 5 ;!us a!au kalor an keluar
dari heat exchanger se+esar 2 P 105 ;!us
•
• $eninjauan aliran u!ama pada heat exchanger
• #sumsi:
• B 0
• $roses +erlansun dalam kondisi steady state
• neri po!ensial dan eneri kine!ik dia+aikan
• #liran outlet dan inlet pada heat exchanger memiliki !ekanan an sama, ai!u
se+esar 10 k$a
•
• H c=82,4
'tu
lb T 3=114,4
o /
• Qout =m ( H c− H b ) - m=
Qout
( H c− H b )=
−2.105 'tu
%
(82,4− H b) 'tu
lb
= −2.10
5
(82,4− H b)lb
% (2)
• Didapa!kan persamaan 1 dan 2, maka
•
9,5.104
(1499,7− H b )lb
% =
−2.105
(82,4− H b )lb
% -0,475 H b−39,14=1499,7− H b
• 1,475 H b=1538,84- H b=1043,3
'tu
lb
•
• Maka, mass $low rate pada siklus Rankine se+esar
• m=
−2.105 'tu
%
(82,4− H b) 'tu
lb
=−2.10
5 'tu
%
(82,4−1043,3)'tu
lb
=208,14 lb
%
•
• Menhi!un kuali!as ampuran vapor-liquid pada aliran +
•
H b%at $li0uid
=82,4 'tu
lb H
b%at $ vapor
=1111,16 'tu
lb
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 28/37
• H b= ( H b%at $ vapor+(1− ( ) H b %at$ li0uid
• 1043,3
'tu
lb =1111,16 (
'tu
lb + (1− ( )82,4
'tu
lb
• 1043,3=1111,16 (+82,4−82,4 ( - (=0,934=93,4
•
• Gadi kuali!as ampuran vapor-liquid pada aliran + se+esar 0,&34 a!au &3,49( ilai
!erse+u! +erada pada ren!an di mana ampuran vapor-liquid pada aliran + harus )
&09 aar !idak !erjadi kerusakan pada !ur+in(
•
• Menari nilai @ in pada boiler
• #sumsi: Kerja an dilakukan pompa jauh le+ih keil di+andinkan denan kerja
an dihasilkan oleh !ur+in in ou!, maka
• Q¿+Qout =W ¿+W out
• Q¿−2.10
5 'tu
% =9,5.10
4 'tu
% - Q¿=2,95.10
5 'tu
%
•
• fisiensi *ermal
• η=
W out +W ¿
Q¿
.100=9,5.10
4 'tu
%
2,95.105 'tu
%
.100=32,2
•
•
fisiensi arno!
• T b=114,4
o / =318,8 K T a=1000
o / =810,8 K
• ηma(=(1− T c
T H ).100=(1−T b
T a ).100=(1−318,8 K
810,8 K ).100=60,68
•
• Part
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 29/37
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 30/37
•
• Ga&#ar 16' /kema sis!em superheated steam
• /um+er: Dokumen pri+adi
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 31/37
1
T8ro--lin(ale
P! = 1 9Paṁ! = ṁ.
ṁ.. !
•
• #rus 1:
• $1 B 40
+ar
• *1 B
360L
• ṁ1 B 11
ks
•
• #rus 3:
• $3 B 1
M$a
• ṁ3 B ṁ2
•
•
• #rus 5:
• $5 B 1
M$a
• ṁ5 B ṁ4
•
•
• #rus 6:
• $6 B 1
M$a
• *6 B
240L
• ṁ6 B 11
ks
• Q !ur+in B &09 • @, k , dan p dia+aikan
•
• Di!ana:
a( Daa keluaran !ur+in ou!
+( Caju alir massa melalui throttling valve ṁ2 dalam ks
•
• $enelesaian:
• #sumsi:
•
Keseluruhan sis!em !erse+u! +erada pada kondisi steady
• Splitter !idak menu+ah nilai -olume spesifik, en!alpi, dan en!ropi V 1^ H 1 S
kons!an
• +hrottling valve adia+a!ik @ B 0
•
• Cankah per!ama, menari nilai v 1 1 % pada arus 1 !erle+ih dahulu
•
• Ta#+, 4' Da!a -olume spesifik, en!alpi, dan en!ropi superheated steam pada arus 1
- .MPa/
properti
es
30C
360C
400C
40
V • 0,0665
m3k• 1
• 0,0734
m3k
H • 30&3,3
kGk• >1
• 3214,4
kGk
S • 6,5)43 • /1 • 6,7712
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 32/37
kGkHL kGkHL
•
• Denan melakukan in!erpolasi, maka didapa!kan
•
V 1
=0,06788m3/"g
•^ H 1=0,06788 "# /"g
•S1=6,6217 "# /"g &℃
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 33/37
• Kemudian, dilanju!kan denan meninjau uni! !ur+in
•
• Ta#+, ' Da!a suhu, -olume spesifik, dan en!alpi pada !ur+in
- .MPa/
properti
es
1(*)*
C
.Satrat
+/
Ttr#5$
.C/
200C
10
V • 0,1&435
m3k• 3
• 0,2060
m3k
H • 2777,1
kGk• >3s
• 2)2),3
kGk
S • 6,5)50
kGkHL
• 6,6217
kGkHL
• 6,6&55
kGkHL
•
• Denan melakukan in!erpolasi, maka didapa!kan
• T turbin=186,57℃
•V 3=0,19822m
3/"g
•^
H 3%=2794,11 "# /"g
•
• Calu, menari nilai^ H 3 denan menunakan efisiensi !ur+in, ai!u
• η=
( W
m )( W
m )%
= W
W %=^ H 2−^ H 3^ H 2−^ H 3%
• 0,9= 3117,52−^ H
3
3117,52−2794,11
•^ H 3=2826,45 "# /"g
•
• Kemudian, dilanju!kan denan meninjau arus 5, di mana throttling valve +ekerja
seara adia+a!is, sehina
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 34/37
•^ H 4=^ H 5=3117,52"# /"g
•
• Ta#+, 6' Da!a suhu, -olume spesifik, dan en!ropi pada throttling valve
- .MPa/
properti
es
300C
Tvalve
.C/
30C
10
V • 0,25)0
m3k• 5
• 0,2)25
m3k
H • 3051,7
kGk
• 3117,52
kGk
• 315),2
kGk
S • 7,1247
kGkHL• /5
• 7,302)
kGkHL
•
• Denan melakukan in!erpolasi, maka didapa!kan
• T valve=330,9℃
•V 5=0,2731m
3/ "g
•S5=7,2348 "# /"g
•
• Kemudian, dilanju!kan denan meninjau arus 6, ai!u arus keluar
•
• Ta#+, (' Da!a -olume spesifik, en!alpi, dan en!ropi pada arus 6
- .MPa/
properti
es
200C
240C
20C
10
V • 0,2060
m3
k
• 6
• 0,2327
m3
k
H • 2)2),3
kGk• >6
• 2&43,2
kGk
S • 6,6&55
kGkHL• /6
• 6,&266
kGkHL
•
• Denan melakukan in!erpolasi, maka didapa!kan
•V 6=0,22736m
3/"g
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 35/37
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 36/37
• 291,07 m2=2183,5
• m2=7,5"g /%
•
a( Menari nilai ou! !ur+in
•...........................................................................................................................................
ilai ou! pada !ur+in didefinisikan denan
•...........................................................................................................................................
W out =m (^ H ¿−^ H out )
•...........................................................................................................................................
W out =m2 (^ H 2−
^ H 3)•...........................................................................................................................................
W out =7,5& (3117,52−2826,45 )
•...........................................................................................................................................
W out =2183,02W =2,2"W
•...........................................................................................................................................
•...........................................................................................................................................G
adi, nilai ou! !ur+in adalah se+esar 2,2 k(
•...........................................................................................................................................
+( Menari nilai laju alir melalui throttling valve ṁ2
•...........................................................................................................................................
ilai laju alir melalui throttling valve didefinisikan denan
•...........................................................................................................................................
m4= m1−m2
•...........................................................................................................................................
m4=11−7,5
•...........................................................................................................................................
m4=3,5"g/%
•...........................................................................................................................................
•...........................................................................................................................................G
adi, nilai laju alir melalui throttling valve adalah se+esar 3,5 ks(
•
8/16/2019 PBL 3_Kelompok 7
http://slidepdf.com/reader/full/pbl-3kelompok-7 37/37
DAFTAR PUSTAKA
• #nonim( n(d( 0esign problems $rom +hermodynamics II. nlineS
#-aila+le a!: h!!p:%%%(Tr(nor!h%es!ern(edusof!%arelepadndesin(h!m
#essed 24 Mare! 2016S
• enel and ;oles( 2002( +hermodynamics& An #ngineering Approach( 5!h ed( A/#: M
.ra% >ill(
• Moran, M(G(, /hapiro, >(( 2014( Gundamentals o$ #ngineering +hermodynamics( )!h
ed( e% Gerse: Gohn ile U /ons <n(
• /mi!h, an ess, and #++o!( 2005( Introduction to %hemical #ngineering
+hermodynamics. 6!h ed. e% 'ork: M.ra% >ill