• 2-3 : proses penambahan panas pada tekanan konstan dalam ruang
bakar, panas yang ditambahkan pada ruang bakar adalah: Q
in
= C
p
T
3
– T
2
• 3-4 : proses ekspansi isentropik dalam turbin, temperatur gas
keluar T
4
dihitung dengan hubungan: T
4
= T
3
. �
1 ��
�
�−1 �
• 4-1 : merupakan proses pelepasan kalor ke lingkungan pada
tekanan konstan, besarnya kalor yang dilepas dapat dihitung: Q
in
= C
p
T
4
– T
1
Kerja netto turbin Wnet merupakan kerja berguna yang dihasilkan turbin setelah kerja ekspansi dikurangi dengan kerja kompresi. Besar kerja netto
turbin adalah: W
net
= W
T
- W
K
= h
3
– h
4
– h
2
– h
1
Daya netto turbin merupakan daya keluaran turbin daya yang dibutuhkan generator setelah memperhatiksn kerugian-kerugian, maka daya netto turbin
adalah: P
net
= �̇g. W
T
– �̇g. W
K
Efisiensi siklus merupakan perbandingan antara jumlah kalor yang dengan efektif dengan kalor yang dimasukkan ke sistem Yunus A.Cengel, 1979, yaitu:
η =
W
net
�
���
= ℎ
3
− ℎ
2
′ − ℎ
4
− ℎ
1
ℎ
3
− ℎ
2
′ =1 -
�
ℎ4
′
−ℎ1 ℎ3−ℎ2′
�
2.5 Neraca Kalor
Panas pada instalasi turbin gas murni siklus brayton, panas Q
out
ini dibuang ke udara atmosfer. Gas yang dibuang ini masih memiliki kandungan
energi panas yang tinggi. Dengan menggunakan HRSG panas yang dibuang ini akan dimanfaatkan.
Panas yang dibuang ini dimanfaatkan untuk memanaskan air pada HRSG yang distribusikan pada superheater, evaporator, ekonimiser dan preheater.
Universitas Sumatera Utara
Apabila dianggap tidak ada kerugian panas ke udara atmosfer peralatan, dapat dituliskan kesetimbangan energi pada setiap peralatan HRSG:
1. Pipa superheater:
Q
sup
=
m
s
h
7
– h
6
= m
gas
h
e
– h
g
2. Pipa evaporator:
Q
eva
=
m
s
h
6
– h
5
= m
gas
h
g
– h
f
3. Pipa ekonomiser:
Q
eko
= m
s
h
5
– h
4
= m
gas
h
f
- h
h
4. Pipa preheater:
Q
pre
= m
s
h
3
– h
2
= m
gas
h
h
– h
1
Jadi, jumlah energi panas yang dimanfaatkan HRSG adalah: Q
HRSG
= Q
sup
+ Q
eva
+ Q
eko
+ Q
pre
= m
s
h
7
– h
2
Laju aliran massa uap dapat diperoleh dari hukum kesetimbangan kalor, dimana:
Q
uap
= Q
gas
�̇
uap
h
2
– h
1
= �̇
gas
h
g in
– h
g out
�̇
uap
= �̇
gas
h
g in
– h
g out
h
2
– h
1
2.6 Proses Pembentukan Uap
Gas buang dari siklus gas masuk ke HRSG untuk mengubah air umpan menjadi uap kering yang akan digunakan untuk memutar sudu-sudu turbin uap
hingga dapat memutar beban dalam hal ini generator listrik. Setelah melalui beberapa tingkatan sudu turbin sebagian uap diekstraksikan ke pemanas awal
tekanan tinggi dan tekanan rendah, sedangkan sisanya masuk ke kondensor untuk dikondensasikan dan selanjutnya akan dipompakan ke HRSG melalui pemanas air
pada tekanan tinggi, dari HRSG ini air umpan yang sudah menjadi uap kering dialirkan ke turbin.
Beberapa parameter desain yang penting berkaitan dengan turbin uap adalah tekanan uap masuk turbin. Mengambil tekanan uap masuk lebih tinggi
akan menguntungkan, karena ukuran sudu-sudu akan menjadi lebih kecil. Namun tekanan yang terlalu tinggi akan mengakibatkan efisiensi akan menurun.
Universitas Sumatera Utara
Parameter lain yang penting dari turbin uap adalah tekanan kondensor, dalam hal ini turbin uap dan kondensor akan disesuaikan dengan Heat Recovery Steam
Generator HRSG. 2.7 Alat Penukar Kalor
Alat penukar kalor heat exchanger adalah suatu alat yang berfungsi sebagai tempat terjadinya perpindahan panas dari fluida yang temperaturnya
tinggi ke tempat temperaturnya rendah atau sebaliknya, tanpa ada pencampuran antara fluida satu dengan fluida lainnya.
• Kalor yang dilepas fluida panas sebesar: q
h
= �̇
h
. C
h
. �
ℎ1
- �
ℎ2
• Kalor yang diterima fluida dingin: q
c
= �̇
c
. C
c
. �
�1
- �
�2
• Dimana kalor yang dilepas fluida panas sama dengan klaor yang diterima fluida dingin.
• Subskrip h dan c masing – masing menandakan fluida panas dan dingin. q
g
= �̇ . c . dT
Dimana c = panas spesifik.
T°C T°C
Th
1
Th
1
Th
2
Tc
2
Th
2
Tc
2
Tc
1
Tc
1
Lm Lm
a.Perpindahan panas searah b.Perpindahan panas berlainan arah
Gambar 2.7 Distribusi temperatur pada alat penukar kalor. Laju pindahan panas dapat dinyatakan dengan beda temperatur rata – rata
logaritma LTMD:
Universitas Sumatera Utara
Q = U . A . LTMD Dimana:
U = koefisien perpindahan kalor menyeluruh Wm
2
.°C A
= luas permukaan perpindahan kalor m
2
LTMD = Beda temperatur logaritma rata – rata °C
LTMD =
�
ℎ1
− T
c 1
− T
h 2
− T
c 2
ln [�
ℎ1
− �
�1
�
ℎ2
− �
�2
]
…………..J.P.Holman,1998, hal.491
Persamaan ini dapat digunakan untuk aliran lawan arah. Maka dapat dikatakan LTMD adalah beda suhu pada satu ujung penukar kalor dikurangi beda
suhu pada ujung yang satu lagi dibagi logaritma almiah dari perbandingan kedua suhu tersebut.
Pada proses penguapan evaporasi dan pengembunan kondensasi satu fluida tidak mengalami perubahan suhu, walaupun perpindahan panas telah
berlangsung diantara kedua fluida. Hal ini disebabkan kalor yang diterima dan yang dilepas oleh fluida kalor laten tidak digunakan untuk menaikkan
temperatur tetapi digunakan untuk mengubah fase fluida. Distribusi temperatur evaporasi dapat dilihat pada gambar berikut:
T°C T°C
Th
1
Th
1
Th
2
Th
2
Tc
1
Tc
2
Tc
1
Tc
2
Lm Lm
a.Distribusi temperatur aliran sejajar b.Distribusi temperatur aliran silang Gambar 2.8 Distribusi temperatur pada proses evaporasi
Universitas Sumatera Utara
Maka beda suhu rata – rata logaritma adalah: LTMD =
�
ℎ1
− T
c 1
− T
h 2
− T
c 2
ln [�
ℎ1
− �
� 1
�
ℎ2
− �
�2
]
………….J.P. Holman,1998, hal.491
Gambar 2.9 Faktor koreksi untuk penukar kalor shell and tube
Universitas Sumatera Utara
BAB III PERHITUNGAN TERMODINAMIKA
