29
=
s cv
m w
. .
1 2
h h
s
− dalam kompresi nyata
2
h
s
h
2
.....[2.3]
Efisiensi pompa isentropik
[9,312]
,
−
−
=
. .
. .
m w
m w
cv s
cv c
η ..... [2.4]
Pembilang dan penyebut dari pernyataan di atas dihitung pada keadaan masuk dan tekanan keluar yang sama. Nilai
c
η biasanya 75 hingga 85.
2.3. Analisis Termodinamika pada Ruang Bakar
Ketika reaksi kimia terjadi, ikatan antar molekul pereaksi akan hancur, dan atom-atom, elektron-elektron, disusun kembali untuk membentuk produk. Dalam
reaksi pembakaran oksidasi cepat oleh elemen yang mudah terbakar yang menghasilkan energi akan terbentuk. Bahan bakar dikatakan terbakar sempurna jika
unsur karbon yang terkandung dalam bahan bakar terbakar menjadi karbon dioksida, atau semua hidrogen terbakar menjadi air, dan sulfur menjadi sulfur dioksida. Sebagai
ilustrasi dari jumlah teoritis udara pada pembakaran metan, pada reaksi ini hasil pembakaran hanya mengandung karbon dioksida, air, dan nitrogen. Hal-hal yang
berhubungan dengan reaksi kimia perlu mengingat bahwa massa dikonservasi sehingga massa hasil pembakaran sama dengan massa pereaksi.
Massa total dari masing-masing elemen kimia harus sama pada kedua sisi persamaan. Walau elemen yang ada berbeda senyawa kimianya dalam pereaksi dan
hasil reaksi, akan tetapi jumlah mol pereaksi dengan hasil pembakaran dapat berbeda, jumlah udara minimum yang mensuplai oksigen secukupnya untuk pembakaran
sempurna semua karbon, hydrogen, dan sulfur yang terkandung dalam bahan bakar disebut dengan stoikhiometrik jumlah udara.
Universraitas Sumatera Utara
30 Sebagai ilustrasi dari jumlah teoritis udara pada pembakaran metana, pada
reaksi ini hasil pembakaran hanya mengandung karbon dioksida, air, dan nitrogen
[8,629]
.
2 2
2 2
2 4
76 .
3 dN
O cH
bCO N
O a
CH +
+ →
+ +
..... [2.5] Dimana a, b, c, d mewakili jumlah mol oksigen, air, karbon dioksida, dan nitrogen.
Angka 3,76 mol nitrogen adalah dikonsiderasikan untuk menyertai oksigen. Dengan menerapkan konservasi massa pada karbon, hydrogen, oksigen, dan nitrogen adalah :
C : b = 1
H : 2c = 4
O : 2b + c = 2a
N : d = 3,76a
Sehingga persamaan di atas menjadi :
2 2
2 2
2 4
52 ,
7 2
76 ,
3 2
N O
H CO
N O
CH +
+ →
+ +
Koefisien 2 sebelum
2 2
76 ,
3 N
O +
adalah jumlah mol oksigen dalam udara pembakaran, per mol bahan bakar, bukan jumlah udara. Jumlah udara pembakaran
adalah 2 mol oksigen ditambah 2 ×3,76 mol nitrogen yang memberikan 9,52 mol
udara per mol bahan bakar. Untuk menghitung air fuel ratio AFR berdasarkan massa
[8,629]
: AFR
AF M
M
bakar bahan
udara
= =
×
× 52
, 9
04 ,
16 97
28 bakar
bahan kg
udara kg
....[2.6]
Dimana : bakar
bahan mol
udara mol
AF =
bakart bahan
kmol udara
kmol
Universraitas Sumatera Utara
31 Untuk bahan bakar hidrokarbon dengan rumus
n m
H C
reaksi pembakarannya adalah:
O H
n m
b n
N n
m a
mCO O
bH aN
O n
m H
C
n m
2 2
2 2
2 2
4 4
4 4
+
+ +
+
+ →
+ +
+
+ dimana :
a = perbandingan volume
2
N dengan
2
O di udara b = perbandingan volume
O H
2
dengan
2
O di udara Untuk bensin m = 8, n = 18,dan bahan bakar diesel m = 12, n = 26
Biasanya jumlah udara yang disuplai lebih atau kurang dari jumlah teoritis. Jumlah udara aktual yang disuplai biasanya diekspresikan dengan persen udara
teoritis, contoh, 150 udara teoritis artinya udara aktual yang disuplai adalah 1,5 dari jumlah udara teoritis. Dengan bantuan pembakaran air jenuh yang dipompa ke boiler
akan berubah menjadi uap jenuh atau uap panas lanjut. Kerja fluida siklus komplit dimana fluida meninggalkan pompa disebut feedwater boiler. Laju keseimbangan
massa dan energi pada volume atur boiler tertutup adalah :
. 2
1 .
in
Q h
h m
= −
dimana
. .
in
Q m
adalah laju pindahan panas dari sumber energi masuk ke fluida kerja per
satuan massa lewat turbin.
2.4. Analisis Termodinamika pada Turbin
