25
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Analisa Termodinamika
Siklus Rankine adalah siklus teoritis yang mendasari siklus kerja dari suatu pembangkit daya uap. Siklus Rankine berbeda dengan siklus-siklus udara ditinjau dari
fluida kerjanya yang mengalami perubahan fase selama siklus pada saat evaporasi dan kondensasi, oleh karena itu fluida kerja untuk siklus Rankine harus merupakan uap.
Siklus Rankine ideal tidak melibatkan beberapa masalah irreversibilitas internal. Irreversibilitas internal dihasilkan dari gesekan fluida, throttling, dan pencampuran,
yang paling penting adalah irreversibilitas dalam turbin dan pompa dan kerugian- kerugian tekanan dalam penukar-penukar panas, pipa-pipa, bengkokan-bengkokan,
dan katup-katup. Temperatur air sedikit meningkat selam proses kompresi isentropik karena ada penurunan kecil dari volume jenis air, air masuk boiler sebagai cairan
kompresi pada kondisi 2 dan meninggalkan boiler sebagai uap kering pada kondisi 3. Boiler pada dasarnya penukar kalor yang besar dimana sumber panas dari
pembakaran gas, reaktor nuklir atau sumber yang lain ditransfer secara esensial ke air pada tekanan konstan. Uap superheated pada kondisi ke 3 masuk ke turbin yang mana
uap diexpansikan secara isentropik dan menghasilkan kerja oleh putaran poros yang dihubungkan pada generator lisrik. Temperatur dan tekanan uap jatuh selama proses
ini mencapai titik 4, dimana uap masuk ke kondensor dan pada kondisi ini uap biasanya merupakan campuran cairan-uap jenuh dengan kualitas tinggi.
Uap dikondensasikan pada tekanan konstan di dalam kondensor yang merupakan alat penukar kalor mengeluarkan panas ke medium pendingin.
Universraitas Sumatera Utara
26
Gambar 2.1. Diagram alir Siklus Rankine sederhana
[2,518]
T
1 2
3
4 v
v Q in
Q out W turbin
W pompa
Gambar 2.2. Diagram T-s siklus Rankine sederhana
[2,518]
BOILER
P KONDENSER
TURBIN
V W turbin
1 2
3
4
W pompa
q in
q out
Universraitas Sumatera Utara
27
2.2. Analisis Termodinamik pada Pompa
Pompa adalah mesin yang digunakan untuk memindahkan fluida dari suatu tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi, atau dari suatu tempat yang
bertekanan yang lebih tinggi ke tempat yang bertekanan lebih rendah dengan melewatkan fluida tersebut pada sistem perpipaan.Sebenarnya teori dasar untuk
pompa sama dengan teori dasar dengan turbin air, yang membedakan adalah bahwa pada turbin air tinggi jatuh diubah menjadi daya pada poros, pada pompa daya pada
poros digunakan untuk menaikkan air ke tingkat energi atau tekanan atau tinggi kenaikan yang lebih besar melalui sudu-sudu pada roda jalan.
Di dalam roda jalan fluida mendapat percepatan oleh gaya sentrifugal dari sudu-sudu sehingga fluida tersebut mempunyai kecepatan mengalir keluar dari sudu-
sudu, kecepatan fluida ini akan berkurang dan berubah menjadi tinggi kenaikan H di dalam sudu-sudu pengarah atau di dalam rumah keong. Di dalam saluran pipa keluar,
ketika fluida mengalir akan bergesekan dengan dinding pipa dan menimbulkan kerugian head, sehingga tinggi kenaikan yang diinginkan akan berkurang. Untuk
mengatasi hal ini maka kecepatan aliran fluida harus dibatasi demikian juga dengan kecepatan keliling roda jalan.
Tinggi tekan statis dinyatakan dengan : P =
ρ.g.H Nm
2
Daya air : P
v
= ρ.g.H.Q watt
Daya pemompaan daya poros
[11,146]
: P =
p v
P η
watt …… [2.1]
Universraitas Sumatera Utara
28 Gambar 2.3. perbandingan antara kompresi nyata dan isentropik
[9,312]
Bentuk dari efisiensi isentropik untuk pompa ditunjukkan pada diagram mollier di atas keadaan saat memasuki pompa dan tekanan keluar tetap, dengan
perpindahan kalor, energi kinetik, dan energi potensial yang dapat diabaikan, kerja masuk persatuan massa yang mengalir melewati pompa adalah
[9,312]
:
=
. .
.
m W
cv
1 2
h h
− kJkg .....[2.2]
Karena keadaan 1 tetap, entalpi spesifik
1
h dapat diketahui, oleh karena itu nilai kerja masuk hanya bergantung pada entalpi spesifik,
2
h pada keluaran. Pernyataan di atas menunjukkan bahwa besar kerja input menurun dengan menurunya
2
h . Kerja minimum masuk adalah nilai terkecil yang diperbolehkan untuk entalpi spesifik pada keluaran pompa.
Dengan alasan yang sama untuk turbin, entalpi adalah entalpi pada keadaan keluar yang dapat dicapai pada kompresi isentropik dari keadaan masuk dan tekanan
keluar tertentu. Kerja minimum masuk didapatkan dari
[9,312]
:
Universraitas Sumatera Utara
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