Disusun Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT Deny Widhiyanuriyaman, ST.,MT Mega Nursasongko, ST.,MT

Transkripsi

1 BAHAN AJAR TERMODINAMIKA TEKNIK II Disusun Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT Deny Widhiyanuriyaman, ST.,MT Mega Nursasngk, ST.,MT PROGRAM SEMI QUE BATCH IV TAHAP KEDUA JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG 00

2 KATA PENGANTAR Alhamdulillahirbbil alamiin kami ucakan atas berkat rahmat dan hidayahnya sehingga kami daat menyelesaikan bahan ajar Termdinamika Teknik II teat ada waktunya. Bahan ajar ini kami buat bertujuan suaya materi yang disamaikan leh dsen (tenaga engajar) lebih mudah diterima leh mahasiswa khususnya di lingkungan Jurusan Mesin FT Unibraw sehingga rses embelajarannya lebih dinamis. Bahan ajar ini sebagian besar kami ambil dari buku yang berjudul Fundamentals Of Engineering Thermdynamics leh Michael J. Mran & Hward N. Shair sehingga aabila kurang jelas bagi ara emakai/embaca daat mengeceknya. Dalam kesematan ini kami mengucakan terima kasih sebanyakbanyaknya keada segena Pengella Prgram Semi Que IV taha kedua yang telah banyak membantu endanaan dalam embuatan bahan ajar ini Seerti eatah yang menyatakan bahwa tiada gading yang tak retak, begitu juga aa yang telah kami susun ini banyak sekali kekurangannya untuk itu saran dan kritik yang membangun sangat kami harakan demi semurnanya bahan ajar ini. Malang, 7 Agustus 00 Tim enyusun

3 DAFTAR ISI ENTROPI. Ketidaksamaan Clausius. Definisi Perubahan Entry.. Entry Dari Zat Murni 4.. Data Tabel Entry 4.. Persamaan T ds 5..4 Perubahan Entry Gas Ideal 6..5 Perubahan Entry Zat Incmressible 9..6 Perubahan Entry Pada Prses Reversible Internal 9. Kesetimbangan Entry Untuk System Tertutu.. Perkembangan Dari Kesetimbangan Entry.. Kesetimbangan Laju Entry Untuk Cntrl Vlume 4.4 Analisis Cntrl Vlume Pada Keadaan Steady 5.5 Prses Isentris 7.5. Penggunaan Data Tabel Dan Grafik 7.5. Penggunaan Mdel Gas Ideal 8.5. Efisiensi Isentris Tubin, Nzzle, Kmresr dan Pma ANALISIS AVAILABILITY. Avalability. Envirnment. Dead State 4.4 Evaluasi availability 4.5 Asek Availability 7.6 Kesetimbangan Availability Untuk Clsed System 4.6. Develment Dari Kesetimbangan Availability 4.6. Flw Availability Availability Transfer Diikuti Aliran Kerja Develment Dari Knse Flw Availability 45 SISTEM TENAGA UAP (VAPOR POWER SYSTEM). Rankine Cycle 46. Siklus Rankine Ideal 48. Prinsi Irreversibilitas Dan Lsses 5.4 Siklus Reheat (Siklus Panas Ulang) 55.5 Siklus Refrigerasi Idea 57 SISTEM TENAGA GAS (GAS POWER SYSTEM) 4. Siklus-Siklus Udara Standart Siklus Ott Udara Standart Siklus Diesel Udara Standart Cnth Alternatif Siklus Diesel (Siklus Gabungan/Trinkler) Siklus Braytn Udara Standart 66

4 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. ENTROPI Entry adalah ukuran tingkat ketidakastian suatu zat dengan tinjauan mlekuler. Entry meruakan sifat dari zat karena itu tidak tergantung rses.. Ketidak samaan Clausius (Clausius inequality) Ketidak samaan Clausius memberikan dasar untuk mengantar dua ideinstrumental untuk evaluasi kuantitatif dari system tertutu dan vlume kntrl dari ersektif hukum kedua termdinamika yaitu knse rerty entry dan entry rductin. δq Clusius inequality : T b 0 () Dimana : δq heat transfer ada bagian batas system selama siklus T temeratur abslut ada bagian batas Gambar. Ilustrasi yang digunakan untuk mengembangkan Clausius Inequality Clausius inequality daat menunjukkan eralatan ada gambar, system menerima energi δq ada lkasi batasnya dimana temeratur abslut T sedangkan system membangkitkan kerja δw. Dari definisi skala Prgram Semi Que IV

5 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Kelvin kita memerleh hubungan antara heat transfer dan temeraatur : δq' T res δq T b () Kesetimbangan energi untuk gambar : de c δq' δw c Dimana : - δwc ttal kerja dari kmbinasi system, jumlah δw dan δw - dec erubahan energi dari kmbinasi system enyelesaian ersamaan energi untuk δwc dan menggunakan ersamaan eliminasi δq menghasilkan : δw c T res δq T b de c Asumsi system mengalami siklus tunggal, maka ttal kerja dari kmbinasi system : δq δq W c Tres dec Tres () T T b Inequality ada ersamaan daat dieliminasi dengan menulis eksresi seerti : b δq T b σ cycle (4) dimana : σcycle adalah rduk entry leh irreversible internal selama siklus - σcycle reversible - σcycle > iireversible - σcycle < imsible. Definisi Perubahan Entry. Suatu kuantitas adalah suatu rerty jika dan hanya jika erubahannya dalam harga antara dua keadaan tergantung dari rses (gambar ). Prgram Semi Que IV

6 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Prgram Semi Que IV Gambar. Dua siklus internl reversible digunakan untuk menunjukkan entry sebagai rerty Dua siklus dijalankan leh system tertutu ditunjukkan ada gambar. Satu siklus terdiri dari rses reversible A dari keadaan ke keadaan, dilanjutkan leh rses reversible C dari keadaan ke. Siklus lain terdiri rses reversible B dari keadaan ke keadaan dilanjutkan leh rses C dari keadaan ke seerti siklus ertama. Untuk siklus ertama : 0 T Q T Q C A δ + δ (5) Dan siklus kedua : 0 T Q T Q C B δ + δ (6) Sehingga : B A T Q T Q δ δ Ini menunjukkan bahwa integral untuk kedua rses adalah sama T Q δ daat dikatakan harga integral tergantung hanya ada keadaan akhir. Kerana itu integral mendefinisikan erubahan dalam beberaa rerty system. Pemilihan symbl S untuk menunjukkan rerty ini, erubahannya memberikan : int rev S S T Q δ (7)

7 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Entry adalah rerty ekstensive. Perbandingan unit satuan entri Unit SI Unit English Entri (S) kj/k Btu/R Entry sesifik (s) kj/kg.k Btu/lbm.R Entry sesifik ( s ) kj/kml.k Btu/lbml.R.. Entry Dari Zat Murni Harga entry ada keadaan y relatif terhada harga ada keadaan referensi x dierleh dalam rinsi dengan integrasi : δq y + S x S y (8) x T int rev Dimana Sx adalah harga entry khusus ada keadaan referensi.. Data Table Entry Table data termdinamika dikenalkan ada mata kuliah termdinamika dasar. Penekanan disini adalah mengevaluasi sifat-sifat, v, T, u dan h yang dierlukan untuk enggunaan dari rinsi knservasi massa dan energi. Untuk enggunaan hkum kedua, harga entry sering dierlukan. Entry sesifik ditabelkan dalam beberaa cara seerti v, u dan h. Daerah suerheat table untuk air dan R, entry sesifik ditabelkan v, u dan h terhada temeratur dan tekanan. Untuk keadan saturated (jenuh), harga sf dan sg ditabelkan sebagai fungsi tekanan dan temeratur saturated. Entry sesifik dari dua hase camuran cair-ua dihitung menggunakan kualitas : ( x) s + xs s + x( s s ) x. (9) f g f g f Hubungn ini identik ada bentuk v, u, dan h. Data cmressed liquid ditamilan untuk air dalam table A-5. Pada table ini s, v, u dan h ditabelkan terhada temeratur dan tekanan seerti table suerheat. Jika data cmressed liquid tak tersedia, harga Prgram Semi Que IV 4

8 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. entry sesifik daat ditentukan dengan jalan yang sama seerti menentukan v dan u dierleh untuk keadaan cair dengan menggunakan harga liquid saturated ada temeratur : s(t,) sf(t) (0) Data Grafik Entry - diagram Temeratur entry - diagram entali entry.. Persamaan T ds Perubahan entry antara dua keadaan daat ditentukan dengan menggunakan rinsi ersamaan 7. setia evaluasi daat juga diarahkan menggunakan ersamaan TdS yang dikembangkan dalam bagian ini. Asumsi suatu zat murni, system kmresible sederhana mengalami rses reversible internal. Jika engaruh gerakan dan grafitasi diabaikan, kesetimbangan energi : ( Q) int rev du + ( δq) int rev δ () dengan definisi system kmresible sederhana, kerja diberikan : ( W) dv δ () int rev ada dasar diferensial, definisi ersamaan untuk erubahan entry δq ersamaan 7 berbentuk : T () int rev ds atau ( Q) TdS δ int rev ersamaan, dan menghasilkan ersamaan T ds ertama : TdS du + dv (4) Persamaan TdS kedua dierleh dari ersmaan 4 menggunakan H U + V. Bentuk diferensial : dh du + d(v) du + dv + Vd Bentuk lain : du + dv dh Vd, substitusi ke ersamaan 4 menghasilkan ersamaan T ds : T ds dh Vd (5) Prgram Semi Que IV 5

9 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Persmaan TdS daat ditulis dalam bentuk unit massa : Tds du + dv (6a) Tds dh vd (6b) atau ada dasar erml : Td s du + dv (7a) Tds dh vd (7b)..4 Perubahan Entry Gas Ideal Pada bagian ini ersamaan TdS digunakan untuk mengevaluasi erubahan entry antara dua keadaan rses gas ideal. Persamaan ini teat sekali untuk memulai dengan ersmaan 6, dirumuskan seerti : du ds + dv (8) T T dh v ds d (9) T T Gas ideal! du cv(t)dt, dhc(t)dt dan v RT, dengan hubungan ini ersamaan 8 dan 9 menjadi : dt ds v + T dv v dt ds R T c ( T) R dan c ( T) (0) dimana : R adalah knstanta, ersamaan 0 suku kedua daat langsung diintegralkan tetai karena cv dan c adalah fungsi temeratur untuk gas ideal, biasanya memunyai infrmasi tentang fungsi hubungan sebelum integrasi suku ertama ada ersamaan ini daat dilakukan. Dua anas sesifik dihubungkan leh : cv(t) c(t) R. Persamaan 0 memberikan s s T ( T, v ) s( T, v ) c ( T) dt d v R ln T v + () T v T ( T, ) s( T, ) c ( T) dt R ln () T T Prgram Semi Que IV 6

10 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Untuk memerkenalkan ini, kita mulai dengan emilihan keadaan referensi dan harga referensi : harga entry sesifik adalah nl ada keadaan dimana temeratur adalah 0 K dan tekanan atmsfir. Kemudian enggunaan ersamaan entri sesifik ada keadaan dimana temeratur T dan tekanan atmsfir ditentukan relatif terhada keadaan referensi dan harga referensi seerti : s ( T) ( T) dt T c (4) 0 T Symbl s (T) menunjukkan entry sesifik ada temeratur T dan tekanan atmsfir. Karena s tergantung hanya ada temeratur, entry sesifik daat ditabelkan terhada temeratur, seerti h dan u. untuk udara seerti gas ideal s dengan unit kj/kg.k atau Btu/lb.R. dari t integral ersamaan daat dirumuskan dalam bentuk s : T T c dt T T T ( T) c ( T) c ( T) s ( T ) s ( T ) 0 dt T sehingga ersamaan menjadi : s 0 dt T ( T, ) s( T, ) s ( T ) s ( T ) dalam bentuk er ml. s R ln (5a) ( T, ) s( T, ) s ( T ) s ( T ) R ln (5b) Ketika anas sesifik diambil knstan, ersamaan dan menjadi : T v s c ln + R ln s ( T, v ) s( T, v ) v (6) T v ( T, ) s( T, ) c T ln R ln (7) T Cnth Ua air ada 400 K dan bar mengalami rses samai 900 K dan 5 bar. Tentukan erubahan entry sesifik dalam kj/kg.k. Gunakan : a. Tabel ua suerheated b. Tabel gas ideal untuk ua air Prgram Semi Que IV 7

11 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. c. Integralkan dengan c ( T) dari table A- Penyelesaian Diketahui : ua air mengalami rses dari 400 K, bar samai 900 K, 5 bar Tentukan : erubahan entry sesifik gunaka tabel ua suerheated; tabel gas ideal untuk ua air dan Integralkan dengan c ( T) dari table A- Asumsi : ada bagian b dan mdel gas ideal untuk ua air digunakan Analysis : a. Perubahan entry sesifik dengan menggunakan table A-4, s7,50 kj/kg.k dan s 9,48 kj/kg.k, maka : s s 0,97kJ / kg. K Gunakan berat mlekul, ini daat menunjukkan ada dasar mlar : s s ( 0,97kJ / kg.k )( 8,0kg / kml) 6,54kJ / kml b. Perubahan entry sesifik dengan menggunakan table gas ideal. Untuk gas ideal ada ua air gunakan table A-6 ada T400 K, s 98,67kJ / kml.k dan ada T900 K, s 8,kJ / kml. K s s 8, 98,67 8,4 ln 5 6,67kJ / kml.k c. Perubahan entry sesifik dengan menggunakan table A- dengan mengikuti ersamaan c ( T) dari ua air mdel ua : c T T T T R ersamaan, tulis ada dasar mlar dan integralkan : 4 α + β + γ + δ + ε. Masukkan ersaman ini ke dalam s T s R T α + βt + γt + δt T + εt 4 dt ln s s s R ŝ R T α ln T + β 900 4,07 ln 400 γ δ 4 4 ( T ) + ( ) + ( ) + ( ) T T T T T T T ln , , ln, Dengan R 8,4kJ / kml. K, maka s 6, 7 kj/kml.k s ε 4, , Prgram Semi Que IV 8

12 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT...5 Perubahan Entry Zat Incmressible Mdel zat incmressible dikenalkan ada bagian sebelumnya yang diasumsikan bahwa vlume sesifik (densitas) adalah knstan dan anas sesifik tergantung semata-mata ada temeratur, cv c(t). Dengan demikian erubahan dalam energi dalam sesifik adalah du c(t) dt dan ersamaan 8 menjadi : ( T) dt c( T) dv dt c ds + T T ada integrasi, erubahan entry sesifik ketika diasumsikan anas sesifik knstan, menjadi T s s c ln T ( T) T c s s dt T T (incmressible, c knstan) (8) T..6 Perubahan Entry Pada Prses Reversible Internal Pada bagian ini hubungan antara erubahan entry dan heat transfer untuk rses reversible internal diertimbangkan. Diskusi dibatasi ada kasus system tertutu. Pertimbangan sama terhada vlume kntrl dijelaskan dalam bagian selanjutnya. Sistem tertutu mengalami rses reversible internal, entrinya daat meningkat, menurun atau knstan. Ini daat menggunakan : δq ds T int rev Persamaan tersebut menunjukkan bahwa ketika system tertutu mengalami rses reversible internal menerima energi leh heat transfer, erjalanannya meningkat dalam entry. Sebaliknya ketika energi meleaskan dari system leh heat transfer, entry system menurun. Ini daat ditafsirkan bahwa entri transfer diikuti heat transfer. Arah transfer entry sama seerti heat transfer. Pada rses reversible internal adiabatic entry akan knstan. Prses entry knstan disebut rses isentris. Persamaan diintegralkan dari keadaan awal ke keadaan akhir : Prgram Semi Que IV 9

13 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. int rev Q TdS (9) Dari ersamaan tersebut daat disimulkan bahwa transfer energi leh anas terhada system tyertutu selama rses reversible internal daat diresentasikan sebagai luasan ada diagram temeratur-entri. T δq TdS Area TdS Gambar. Luasan menunjukkan heat transfer ada rses internal reversibel Cnth. Air yang mula-mula saturated liquid ada 00 C diisikan ada rangkaian istn-silinder. Air mengalami rses ke keadaan saturated var, yang mana istn bergerak secara bebas dalam silinder. Jika erubahan keadaan yang dibawa leh emanasan air seerti mengalamirses reversible internal ada tekanan dan temeratur knstan. Tentukan kerja dan heat transfer erunit massa (kj/kg). Penyelesaian Diketahui : air diisikan ada rangkaian istn-silinder mengalami rses reversible internal ada 00 C dari saturated liquid ke saturated var. Tentukan : kerja dan heat transfer er unit massa Skema dan data yang diberikan : Prgram Semi Que IV 0

14 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Asumsi :. Air dalam rankaian istn-silinder adalah clsed system. Prses adalah secara internal reversible. Temeratur dan tekanan knstan selama rses 4. Tidak ada erubahan energi kinetik dan tensial antara dua keadaan Analysis : W g Kerja ada tekanan knstan : dv ( v v ) g f m f Dengan harga dari table A- : W 5 N 67,045 m kj,04x0 70kJ / kg m m 0 kg 0 Nm dari rses secara internal reversible dan tekanan knstan, heat transfer memberikan : g g Q TdS m Tds mt( s g s f ) f f Q 7,5 7,549,089 57kJ / m dengan harga dari table A- : ( ) kg. Kesetimbangan Entry Untuk System Tertutu Pada bagian ini, ersamaan dan definisi ersamaan untuk erubahan entry digunakan untuk mengembangakn kesetimbangan entry untuk system tertutu. Kesetimbangan entry dirumuskan dari hukum kedua terutama teat untuk analisa termdinamika. Prgram Semi Que IV

15 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT... Perkembangan Dari Kesetimbangan Entry. Ditunjukkan ada gambar 4 siklus dijalankan leh system tertutu. Siklus terdiri dari rses I, irreversible internal; daat disajikan, diikuti leh rses reversible internal R. untuk siklus ini ersamaan 4 memunyai bentuk : δq T + δq b T int rev σ (9) Penggunaan definisi erubahan entry, integral kedua ersamaan 9 daat dirumuskan : S S δq T int rev Maka δq + S S T b σ Akhirnya, kesetimbangan entry system tertutu : S S δq T b + σ Dimana : σ rduk entry yang memunyai harga tidak bleh negatif, sebaliknya erubahan entry dari system bleh negatif, sitif atau nl. Gambar 4. Siklus yang digunakan untuk mengembangkan kesetimbangan entry untuk clsed system Prgram Semi Que IV

16 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Cnth. Air yang mula-mula saturated liquid ada 00 C diisikan dalam rankaian istn-silinder. Air mengalami rses samai saturated var, yang mana istn bergerak bebas dalam silinder. Tidak ada heat transfer dengan lingkungan. Jika erubahan keadaan dibawa leh aksi addle wheel, tentukan kerja erunit massa (kj/kg) dan jumlah entry yang dihasilkan er unit massa (kj/kg.k) Penyelesaian : Diketahui : air diisikan ada rangkaian istn-silinder mengalami rses adiabatic dari saturated liquid samai saturated var ada 00 C. Selama rses istn bergerak secara bebas dan air secara ceat diaduk leh addle wheel. Tentukan : kerja erunit massa dentry yang dihasilkan erunit massa. Asumsi :. Air ada rankaian istn-silinder adalah clsed system. Tidak ada heat transfer dengan lingkungan. System adalah ada keadaan setimbang ada awal dan akhir. Tidak ada erubahan energi kinetik dan tensial antara dua keadaan ini. Skema dan data yang diberikan Analysis : Prgram Semi Que IV

17 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Vlume dari system meningkat selama rses, ada transfer energi leh kerja dari system selama eksansi melalaui addle wheel. Ttal kerja daat dievaluasi dari kesetimbangan energi yang mana direduksi dengan asumsi dan : U + KE + PE Q W! U W. W Pada dasar unit massa, kesetimbangan energi : ( ) m u g u f Dengan harga energi internal sesifik dari table A- ada 00 C : W m 087,56 kj/kg Tanda minus menunjukkan bahwa kerja masuk dengan engadukan lebih besar dari kerja yang dilakukan leh air. Jumlah entry yang dihasilkan dievaluasi dengan menggunakan kesetimbangan entry. Dari tidak ada heat trabsfer : δ Q σ S + σ --! s g s f T m b dengan harga entry sesifik dari table A- ada 00 C : σ m 6,048 kj/kg.k.. Kesetimbangan Laju Entry Untuk Cntrl Vlume Kesetimbangan laju entry daat dierleh dengan mdifikasi ersamaan 6 untuk menghitung transfer entry, menghasilkan : dimana ds dt CV vlume. Suku Q! (4) j + mis i m! es e + σ! CV j Tj i e ds CV menunjukkan laju waktu erubahan entry dalam kntrl dt m! s i i dan s e e m! berturut-turut untuk laju transfer entry masuk dan keluar cntrl vlume yang diikuti leh aliran massa. Q! j menunjukkan laju waktu heat transfer ada lkasi ada batas dimana Prgram Semi Que IV 4

18 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. temeratur sesaat Tj. Suku σ! CV menunjukkan laju waktu rduksi entry ada kntrl vlume irreversible..4 Analisis Cntrl Vlume Pada Keadaan Steady Pada keadaan steady, rinsi knservasi massa : Kesetimbangan laju energi ada keadaan steady : m! i m! i e e Vi 0 Q! CV W! CV m! i hi gzi m! i e e h e + e V + gz e maka ada keadaan steady, kesetimbangan laju entry : Q 0! σ (4) j + mis i m! es e +! CV j Tj i e untuk enggunaan misalnya satu-masuk dan satu-keluar kntrl vlum ada keadaan steady, bentuk kesetimbangan entry : Q j 0 + m! ( s s ) + σ! CV (4) T j j Cnth 4. Ua masuk turbin dengan tekanan 0 bar, temeratur 400 C dan keceatan 60 m/s. saturated var ada 00 C keluar dengan keceatan 00 m/s. Pada steady state, turbin membangkitkan kerja sebesar 540 kj/kg ua mengalir melalui turbin. Heat transfer antara turbin dan lingkungan terjadi ada temeratur rata-rata ermukaan ada 500 K. tentukan laju dimana entry dihasilkan dalam turbin erkilgram ua mengalir (kj/kg.k). Abaikan erubahan energi tensial antara keluar dan masuk. Penyelesaian : Diketahui : ua bereksansi melalui turbin ada steady state Tentukaan : laju rduk entri er kg ua aliran ua. Prgram Semi Que IV 5

19 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Skema dan data yang diberikan : Asumsi :. Cntrl vlume ditunjukkan disertai sketsa sebagai steady state. Heat transfer antara turbin dan lingkungan terjadi ada temeratur yang diberikan. Perubahan energi tensial antara keluar dan masuk daat diabaikan Analysis. Untuk menentukan rduksi entry er unit massa aliran melalui turbin dimulai dengan kesetimbangan massa dan entry untuk ne-inlet, neexit cntrl vlume ada steady state : 0 m! m! Q! 0!! σ j + ms ms +! cv j Tj Prgram Semi Que IV 6

20 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. dari heat transfer hanya terjadi ada Tb 500 K, suku ertama ada bagian kanan dari kesetimbagan laju entry berkurang manjadi Q! cv T b. Gabungkan kesetimbangan massa dan entry : Q!!! ( s ) + cv CV 0 + m s σ Tb dimana m! adalah laju aliran massa. Penyelesaian : σ! cv Q! CV m! + m! T b ( s s ) Reduksi dari kesetimbangan massa dan energi menghasilkan : Q! W! V V CV CV + m! m! ( h h ) + Dimana erubahan energi tensial dari inlet ke utlet diabaikan dengan asumsi. Dari table A-4 ada 0 bar, 400 C! h 0,9 kj/kg dan dari table A-! hhg(00 C) 676, kj/kg, maka : Q! m!! CV Q CV m! kj 540 kg + kj kg m s N kg.m / s kj 0 Nm ( 676, 0,9) ,8 7,8,6 kj kg dari table A-, s7,549 kj/kg.k dan dari table A-4, s6,9 kj/kg.k. Masukkan harga ke dalam ersaman rduksi entry : σ! cv m! (,6 kj kg) 500K + kj kj ( 7,549 6,9) 0,4789 kg.k kg.k.5 Prses Isentris Isentris berarti entry knstan. Tujuan kali ini adalah untuk menjelaskan bagaimana sifat-sifat dievaluasi ada kedaan dua rses dimana tidak ada erubahan entry sesifik..5. Penggunaan Data Table Dan Grafik Diilustrasikan leh gambar 5, diagram temeratur entry dan entali-entri terutama teat sekali untuk menentukan sifat-sifat ada keadaan yang memunyai harga entry sesifik yang sama. Semua Prgram Semi Que IV 7

21 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. keadaan ada garis vertical memberikan keadaan memunyai entry sama. Data tabel juga daat digunakan untuk menghubungkan dua keadaan yang memunyai entry sesifik yang sama. Gambar 5. Diagram T-s dan h-s menunjukkan keadaan yang memunyai harga yang sama dari entry sesifik.5. Penggunaan Mdel Gas Ideal Gambar 7 menunjukkan dua keadaan gas ideal yang memunyai harga entry sesifik yang sama. Kita akan mendaatkan hubungan antara tekanan, vlume sesifik dan temeratur ada keadaan tersebut. Gambar 8. Dua keadaan dari gas ideal yang memunyai harga entry sesifik yang sama Prgram Semi Que IV 8

22 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Untuk dua keadaan yang memunyai entry sesifik, ersamaan 4 menjadi : 0 s R ln ( T ) s ( T ) (44) Persamaan 44 meliuti emat sifat :, T, dan T, jika ketiga diketahui, maka keemat daat ditentukan. Jika untuk cnth, temeratur ada keadaan dan rasi tekanan ada keadaan daat ditentukan dari : ( T ) s ( T ) s + R ln Dari T diketahui, ( T ) harga ( T ) diketahui, temeratur s akan dierleh dari endekatan table, s akan dihitung dan temeratur T akan ditentukan dengan interlasi. Jika, T dan T diilih dan tekanan ada keadaan tidak diketahui ersamaan 44 akan menjadi : s ex ( T ) s ( T ) R Persamaan diatas disajikan sebagai dasar alternatif endekatan table untuk menghubungkan tekanan dan temeratur ada dua keadaan gas ideal yang memunyai entry sesifik yang sama. Untuk mengantarkan ini, tulis lagi ersamaan seerti : ex s ex s Jumlah ( T ) ( T ) s ex R R R ( T) s ( T ) sebagai fungsi temeratur. terlihat dalam ersamaan ini semata-mata R biasa disebut relative ressure dan Prgram Semi Que IV 9

23 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. diberikan symbl r(t). ada suku tekanan relatif, ersamaan selanjutnya menjadi : r (ss) (45) r Hubungan antara vlume sesifik dan temeratur untuk dua keadaan dari gas ideal memunyai entry sesifik yang sama daat dikembangkan. Dengan ersamaan keadaan gas ideal, RT v, rasi vlume sesifik : v v RT RT, kemudian dari dua keadaan yang memunyai entry sesifik yang sama ersamaan 45 daat v RT r ( T ) memberikan : ( ) v r T RT Rasi RT r ( T) kelihatan ada bagian kanan dari ersamaan tersebut semata-mata sebagai fungsi temeratur. RT r ( T) biasanya disebut relative vlume dan diberi symbl vr(t).. ada suku vlume relatif, ersamaan selanjutnya menjadi : v v r (ss) (46) v v r Selanjutnya bagaimana sifat-sifat dihubungkan ada rses isentris gas ideal ketika anas sesifik knstan. Maka ersamaan 5 dan 6 : T 0 c v ln + T T 0 c ln T v R ln v R ln Pengantar hubungan gas ideal : ersamaan diatas daat diselesaikan menjadi : c kr, k c v R maka k T T v v k! (ss, k knstan) (47) Prgram Semi Que IV 0

24 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. T T k k! (ss, k knstan) (48) Dengan mengikuti hubungan diatas daat dierleh : v v k! (ss, k knstan) (49) Persamaan 49 daat disimulkan bahwa rses litris v k knstan dari gas ideal dengan k knstan adalah rses isentris. Untuk n adalah rses istermal, n0 adalah rses isbaric dan n± adalah isvlumik (ismetris). Cnth 5. Udara mengalami rses isentris dari atm, T540 R ke keadaan akhir dimana temeratur adalah T60 R. Gunakan mdel gas ideal, tentukan tekanan akhir (atm). Penyelesaian gunakan : a. Data r dari table A-E b. Rasi anas sesifik knstan (k) dievaluasi ada temeratur ratarata 850 R dari table A-E Penyelesaian Diketahui : udara mengalami rses isentris dari keadaan dimana tekanan dan temeratur diketahui ke keadaan dimana temeratur disesifikasi Tentukan : tekanan akhir menggunakan data r dan harga knstan rasi anas sesifik Skema data yang diberikan Prgram Semi Que IV

25 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Asumsi :. Prses adalah isentris. Udara daat dimdelkan sebagai mdel gas ideal. Pada bagian (b) rasi anas sesifik adalah knstan Analisis a. Tekanan dan temeratur ada dua keadaan dari gas ideal memunyai entry sesifik yang sama, maka : didaat dari table A-E, maka : r,8 ( atm) 5, 8 atm,860 r r, harga r b. Ketika rasi anas sesifik diasumsikan knstan, temeratur dan tekanan ada dua keadaan gas ideal memunyai entry sesifik yang sama dihubungkan dengan ersamaan sebelumnya sehingga : T T k k dari table A-E ada 90 F, k,9. masukkan harga ke dalam r,9,9 60 ersamaan diatas maka : atm 5, atm.5. Efisiensi Isentris Turbin, Nzzle, Kmresr Dan Pma. Efisiensi isentris meliuti erbandingan antara erfrmance actual dari alat dan erfrmance yang akan dicaai dibawah keadaan ideal untuk kndisi masuk yang sama dan tekanan keluar yang sama. Misalnya turbin, keadaan bahan masuk turbin dan tekanan keluar ditentukan. Heat transfer antara turbin dan lingkungannya diabaikan seerti engaruh energi kinetik dan tensial. Dengan asumsi ini Prgram Semi Que IV

26 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. kesetimbangan laju massa dan energi berkurang ada keadaan steady, untuk memberikan kerja yang dibangkitkan er unit massa aliran melalui W! CV turbin : h h. Dari keadaan ditentukan, entalhy sesifik h m! diketahui. Dengan demikian harga kerja tergantung ada hanya entalhi sesifik h dan meningkat jika h berkurang. Harga maksimum untuk kerja turbin berhubungan terhada harga yang diblehkan semakin kecil untuk entali sesifik ada keluar turbin. Hal ini daat ditentukan dengan menggunakan hkum kedua. Keadaan keluar yang diblehkan diaksa σ! CV dengan : s s 0 m! Yang mana dierleh dengan mengurangi kesetimbangan laju energi. Karena rduksi entry tidak bleh negatif, keadaan s < s tidak dierleh ada eksansi adiabatic. Hanya keadaan yang daat dicaai ada eksansi actual dengan s>s. Keadaan berlabel s ada gambar 9 hanya dicaai ada batas reversible internal. Hal ini berhubungan ada eksansi isentris melalui turbin. Untuk tekanan keluar ditentukan, entali sesifik h menurun sehinggaa entry sesifik menurun. Karena itu harga yang dicaai semakin kecil h berhubungan ada keadaan s dan harga maksimum kerja turbin adalah W! m! CV s h h s. Pada eksansiaktual melalui turbin h>hs maka kerja berkurang dari maksimum yang dibangkitkan. Perbandingan daat diukur dengan efisiensi isentris W! CV / m! didefinisikan dengan : η t (50) W! / m! ( CV ) s Prgram Semi Que IV

27 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. s Gambar 9. Perbandingan eksansi actual dan isentris melalui turbin Pendekatan yang sama untuk turbin daat digunakan untuk mengantarkan efisiensi isentris dari nzzle yang bererasi ada keadaan steady. Efisiensi isentris nzzle didefinisikan sebagai rasi energi kinetik sesifik actual dari gas meninggalkan nzzle V terhada energi kinetik ada keluar yang dicaai ada eksansi isentris antara keadaan inlet sama dan tekanan keluar sama V : s V / η (5) nzzle ( V / ) s Bentuk efisiensi isentris kmressr., dengan mengacu gambar 0. Yang mana menunjukkan rses kmresi ada diagram Mllier. Keadaan massa masuk kmressr dan tekanan keluar ditentukan. Untuk heat transfer diabaikan dengan lingkungan dan energi tensial dan kinetik diabaikan, kerja inut er unit massa aliran melalui kmresr : W! m! CV h h. Dari keadaan ditentukan, entali sesifik h diketahui. Dengan demikian harga kerja inut tergantung ada entali sesifik keluar h. Persamaan diatas menunjukkan bahwa jumlah kerja inut menurun jika h menurun. Kerja inut minimum berhubungan Prgram Semi Que IV 4

28 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. terhada semakin kecil harga yang dicaai entali sesifik ada sata keluar kmresr. Kerja inut minimum yang diberikan : W! m! CV s h s h. Pada kmresi actual h>h, maka kerja lebih besar dariada minimum yang dierlukan. Perbedaan ini daat diukur dengan efisiensi isentris kmresr : η c ( W! / m! CV ) s ( W! / m! ) CV Gambar 0. Perbandingan kmresi isentris dan aktual Cnth 6. Turbin ua bererasi ada steady state dengan kndisi inlet 5 bar, T0 C. Ua meninggalkan turbin ada tekanan bar. Tidak ada heat transfer antara turbin dan lingkungannya, erubahan energi kinetik dan tensial antara inlet dan utlet diabaikan. Jika efisiensi turbin isentris adalah 75 %, tentukan kerja yang dibangkitkan er unit massa aliran ua melalui turbin (kj/kg) Penyelesaian : Diketahui : Ua bereksansi melalui turbin bererasi ada steady state dari keadaan inlet ke keadaan keluar yang diilih. Efisiensi turbin yang diketahui. Tentukan : kerja yang dibangkitkan er unit massa ua mengalir melalui turbin Skema dan data yang diberikan Prgram Semi Que IV 5

29 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Asumsi :. Cntrl vlume ditunjukkan ada diagram yang disertai steady state. Eksansi adalah adiabatic dan erubahan energi kinetik dan tensial antara inlet dan utlet daat diabaikan. Analisis : Kerja yang dibangkitkan daat ditentukan menggunakan efisiensi turbin isentris, yang mana memberikan : W! / m! η ( W! / m! ) η ( h h ) Dari table A-4, h05,6 kj/kg dan s7,508 kj/kg.k. keadaan keluar untuk eksansi isentris ditentukan dengan bar dan sss. interlasi dengan entry sesifik ada table A-4 ada bar memberikan hs 74,0 kj/kg. Sehingga : CV ( 74) 7, 95 W! CV / m! 0,75 05,6 kj/kg t CV s t s Cnth 7. Suatu turbin ada steady state menerima udara ada tekanan bar dan temeratur T90 K. Udara keluar turbin ada tekanan bar. Kerja yang dibangkitkan diukur sebesar 74 kj/kg aliran udara melalui turbin. Turbin bererasi secara adiabatic dan erubahan energi tensial dan kinetik antara inlet dan keluar daat diabaikan. Gunakan mdel gas ideal untuk udara, tentukan efisiensi turbin. Penyelesaian : Prgram Semi Que IV 6

30 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Diketahui : udara bereksansi melalui turbin ada steady state dari emilihan keadaan inlet samai tekanan keluar yang diilih. Kerja yang dibangkitkan er kg udara mengalir melalui turbin diketahui. Tentukan : efisiensi turbin Skema dan data yang diberikan: Asumsi :. Kntrl vlume ditunjukkan mengikuti sketsa adalah steady state. Eksansi adalah adiabatic dan erubahan energi kinetik dan tensial antara inlet dan keluar daat diabaikan. Udara adalah mdel sebagai gas ideal Analisis : Kerja yang dibangkitkan ada eksansi isentris dari keadaan inlet yang diberikan ada tekanan keluar adalah W! m! CV s h h s Prgram Semi Que IV 7

31 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Dari table A- ada 90 K, h 90,88 kj/kg. Untuk menentukan hs gunakan : r ( T ) ( T ) s r dimana bar, bar dan r,48 dari table A- ada 90 K, ( T ) (,48), 60 r s interlasi ada table A- memberikan hs 85,7 kj/kg, maka : W! m! CV s 90,88 85,7 05,6 kj/kg sehingga efisiensi isentrisnya adalah : η ( W! / m! CV ) ( W! / m! ) CV s 74 05,6 t 0,7( 70% ) Cnth 8 Ua masuk nzzle yang bererasi ada steady state ada 40 lbf/in dan T 600 F dengan keceatan 00 ft/s. Tekanan dan temeratur ada saat keluar adalah 40 lbf/in dan T 50 F. tidak ada heat transfer antara nzzle dan lingkungannya dan erubahan energi tensial antara inlet dan keluar daat diabaikan. Tentukan efisiensi nzzle. Penyelesaian : Diketahui : ua bereksansi melalui nzzle ada steady state dari keadaan inlet yang khusus samai keadaan luar yang khsusus. Keceatan ada inlet diketahui. Tentukan : efisiensi nzzle Skema dan data yang diberikan : Prgram Semi Que IV 8

32 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Asumsi :. Kntrl vlume ditunjukkan mengikuti sketsa yang bererasi secara adiabatic ada steady state. Untuk cntrl vlume W! cv 0 dan erubahan energi tensial antara inlet dan exit daat diabaikan Analisis : Kesetimbangan laju massa dan energi untuk kntrl vlume satu-inlet, V V satu-exit direduksi memberikan : h h + Persamaan ini menggunakan eksansi actual dan isentris Dari table A-4E ada T600 F dan 40 lbf/in, h 6,4 Btu/lb, s,79 Btu/lb.R. Juga dengan T 50 F dan 40 lbf/in, h,8 Btu/lb. Dengan demikian, energi kinetik diilih ada keluar adalah : V ( 6,4,8) Btu + lb () ( 00ft / s),lb.ft s lbf 778ft.lbf Btu Btu 4,8 lb interlasi ada table A-4E ada 40 lbf/in dengan sss,79 Btu/lb menghasilkan hs0, Btu/lb, maka : Prgram Semi Que IV 9

33 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. V ( 6,4 0,) Btu + lb () ( 00ft / s),lb.ft s lbf 778ft.lbf Btu Btu 4, lb sehingga efisiensi nzzle adalah : η ( V ) ( V ) 4,8 4, nzzle s 0,94( 9,4% ) Cnth 9 Suatu kmresr udara bererasi ada steady state menerima udara ada 0,95 bar dan T C. rasi tekanan ada keluar terhada tekanan ada saat masuk adalah 6. tidak ada heat transfer antara cmressr dan lingkungannya dan energi kinetik dan tensial antara saat masuk dan saat keluar diabaikan. Jika efisiensi kmresr adalah 8 %. Tentukan temeratur udara ada saat keluar kmresr. Gunakan mdel gas ideal untuk udara. Penyelesaian : Diketahui : udara dikmresi dari keadaan masuk melalui rasi tekanan yang diilih. Efisiensi isentris kmresr diketahui. Tentukan : temeratur udara saat keluar. Skema dan data yang diberikan Prgram Semi Que IV 0

34 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Asumsi :. Kntrl vlume ditunjukkan mengikuti sketsa yang bererasi secara adiabatic ada steady state. Perubahan energi kinetik dan tensial antara saat masuk dan keluar daat diabaikan. Udara adalah mdel sebagai gas ideal Analisis : Temeratur ada saat masuk daat ditentukan dari entalhi sesifik ada saat keluar. Entalhi sesifik saat keluar h daat ditentukan menggunakan efisiensi isentris kmresr : Maka h h + ( h h ) s η c η c ( W! CV / m! ) s hs h ( W! / m! ) h h Table A- memberikan h 95,7 kj/kg ada T 95 K. Untuk menentukan hs gunakan ersamaan isentris untuk gas ideal yaitu : ( T ) ( T ) 6(,068) 7, 84 r s r dimana r dierleh dari table A- ada 95 K. entalhi sesifik ada keadaan s kemudian ditemukan dengan interlasi ada table A- ; hs49 kj/kg maka entalhi sesifik saat keluar adalah : ( 49 95,7) h 95,7 + 0,8 kj 56,4 kg interlasikan ada table A- mengahsilkan T 5 K CV Prgram Semi Que IV

35 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. ANALISIS AVAILABILITY Bab ini mengantarkan metde bagaimana menggunakan rinsi knservasi massa dan energi bersama-sama dengan hukum kedua termdinamika untuk merancang desain dan analisa system termal. Metde disini diilih analisa availability.. Availability Dasar untuk knse availability disajikan dalam intrduksi hukum kedua termdinamika bagaimana kesematan kerja yang dilakukan bila dua system ada keadaan berbeda berkmunikasi, ada rinsinya kerja daat dibangkitkan seerti system yang diijinkan menjadi setmbang. Ketika salah satu dari dua system sesuai dengan system yang ideal disebut lingkungan dan yang lain dari beberaa system yang tertutu dari yang interest. Definisi availability adalah kerja teritis yang maksimum yang dierleh akibat mereka berinteraksi terhada kesetimbangan.. Envirnment System aa saja, aakah suatu kmnen ada system lebih besar seerti suatu turbin ada wer lant atau system lebih besar (wer lat) dari dirinya, bererasi dalam lingkungan dari beberaa macam. Hal ini enting untuk membedakan envirnment dan sekeliling system. Seerti yang digunakan dalam buku ini, term surrunding berhubungan terhada sesuatu yang tidak termasuk dalam system. Term envirnment digunakan untuk beberaa bagian dari surrunding, sifat intensive dari setia hase dimana adalah unifrm dan tidak berubah secara signifikan sebagai hasil dari rses aa saja dibawah ertimbangan. Envirnment bebas dari irreversibilitas. Semua irreversibilitas signifikan ditematkan dalam system dan immediate surrundingnya. Irreversibilitas internal bertemat didalam system. Irreversibilitas eksternal bertemat ada immediate surrunding. Envirnment dan immediate surrunding Prgram Semi Que IV

36 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. untuk kasus sederhana wer lant ditunjukkan ada gambar Gambar. Skema dari var wer lant sederhana dan surrundingnya Dunia fisika sangat sulit dan utnuk memasukan setia detail ada analisis tidak raktis. Dengan demikian ada enjabaran envirnment dibuat sederhana. Validitasi dan utility dari analisis memnggunakan mdel adalah rses yang dibatasi leh idealisasi yang dibuat ada frmulasi mdel. Pada buku ini envirnment diangga sebagai system cmressible sederhana yang lebih besar dalam luas dan unifrm dalam temeratur (T) dan tekanan (). Dalam menjaga ide bahwa envirnment dilakukan dengan dunia fisik actual, harga untukm dan T menggunakan seluruhnya analisis keterangan-keterangan secara nrmal yang diambil sebagai kndisi envirnment tiikal seerti atm dan 5 C. meskiun sifat intensivenya tidak berubah, envirnment daat mengalami erubahan dalam sifat extensivenya sebagai hasil dari interaksi dengan system yang lain. Perubahan dalam sifat extensive : energi dalam (U), entry (S) dan vlume (V) dari envirnment dihubungkan melalui ersamaan Tds. Dari T dan knstan, ersamaan menjadi : U T S V () e e e Pada bab ini energi kinetik dan tensial dievaluasi relatif terhada envirnment, semua bagian-bagian dimana diangga diam Prgram Semi Que IV

37 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. berkenaan dengan salah satu yang lain. Dengan demikian, seerti ditunjukkan dengan ersamaan sebelumnya, erubahan dalam energi dari envirnment daat berubah hanya ada energi internalnya. Persamaan digunakan untuk mengembangkan ersamaan untuk mengevaluasi availability.. Dead state Jika keadaan diilih kuantitas dari materi, system tertutu, berangkat dari envirnment, berkesematan bertahan untuk mengembangkan kerja. Akan tetai sebagai system merubah keadaan terhada envirnment, kesematan berkurang, berhenti samai diam ketika dua adalah setimbang dengan salah satu yang lainnya. Keadaan ini dari system disebut dead state. Pada dead state, jumlah materi teta dibawah ertimbangan diimajinasi ada tertutu dalam aml (keda air), ada saat diam relatif terhada envirnment dan secara internal dalam kesetimbangan ada T dan dari envirnment. Pada dead state kedua system tertutu dan envirnment memunyai energi tetai harga availability adalah nl karena tidak ada kemungkinan erubahan sesaat dalam system tertutu atau envirnment atau tidak ada interaksi antara mereka..4 Evaluasi availability Tujuan kali ini untuk menunjukkan bagaimana availability dari system tertutu ada sesifikasi keadaan diberikan ersamaan : ( E U ) + ( V V ) T ( S S ) A () Dimana : - E U+KE+PE energi - V vlume - S entry Persamaan daat diturunkan dengan menggunakan kesetimbangan energi dan entry untuk system kmbinasi yang Prgram Semi Que IV 4

38 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. ditunjukkan dalam gambar dimana terdiri dari system tertutu dan lingkungan. Availability adalah kerja teritis maksimum yang daat dilakukan leh kmbinasi system jika system tertutu menjadi setimbangn dengan lingkungan daat juga dikatakan jika system tertutu melalui dead state. Dari tujuan adalah mengevaluasi kerja yang maksimum yang daat dibangkitkan leh kmbinasi system, batas kmbinasi system ditematkan sehingga hanya transfer energi yang melewatinya adalah transfer kerja dari energi. Hal ini menjamin bahwa kerja dibangkitkan leh kmbinasi system tidak diengaruhi leh heat transfer. Selain itu, meskiun vlume dari system tertutu dan envirnment daat berubah, batas dari kmbinasi system ditematkan sehingga ttal vlume dari kmbinasi system teta knstan. Hal ini menjamin bahwa kerja dibangkitkan leh kmbinasi system adalah fully available untuk mengangkat massa dalam surrundingnya. Kesetimbangan energi untuk kmbinasi system : Dimana : E Q W () - Wc kerja yang dibangkitkan leh kmbinasi system - Ec erubahan energi dari kmbinasi system jumlah erubahan anergi dari system tertutu dan lingkungan. Energi dari system tertutu mula-mula ditunjukkan leh E, dimana meliuti energi kinetik, energi tensial dan energi dalam dari system. Sebagai tambahan diatas, energi kinetik dan tensial dievaluasi relatif terhada lingkungan sehingga energi dari system tertutu ketika ada dead state akan sama energi internalnya (U). Dengan demikian, Ec E E + U daat dirumuskan sebagai : c ( ) e Didaat bahwa : U e T S e U V Maka : E ( U E) + ( T S V ) c e e () Ganti ersamaan ke ersamaan maka : W c ( E U ) ( T S V ) e e e c c c Prgram Semi Que IV 5

39 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. erubahan vlume lingkungan sama dengan jumlah erubahan vlume dari clse system : ( V V) diatas untuk kerja : W c Ve 0 ( E U ) + ( V V ) T S e. Dengan substitusi ini ersamaan (4) ersamaan ini memberikan kerja yang dibangkitkan leh cmbined system. Harga kerja teritis maksimum ditentukan menggunakan kesetimbangan entry. Kesetimbangan entry untuk cmbined system : S c σ c! erubahan entry dari cmbined system sama dengan jumlah erubahan entry untuk clsed system dan S S + S lingkungan : c ( ) e sehingga : c ( ) e W S σ S S + S (5) E U + V V T S T σ maka : c ( ) ( ) e c harga Tσc tergantung dari rses seerti clsed system melalui dead state. Harga kerja teritis maksimum dari cmbined system dierleh dengan menset Tσc nl maka : W c,mak ( E U ) + ( V V ) T S e Harga availability tidak daat negatif. Jika clsed system ada keadaan yang lain dari dead state, system daat berubah kndisinya secara sntan terhada dead state. Tidak ada kerja yang harus dilakukan untuk memengaruhi setia erubahan secara sntan. Dengan demikian dari erubahan aa saja ada keadaan dari clsed system terhada dead state daat diselesaikan dengan at least zer kerja yang dibangkitkan, kerja maksimum (availability) tidak daat negatif Availability secara umum tidak daat dirubah tetai dirusak leh irreversibility. Suatu batasan kasus ketika availability secara semurna dirusak, seerti akan terjadi jika clsed system diblehkan untuk mengalami erubahan sesaat terhada dead state dengan tidak menentu untuk memerleh kerja. Prgram Semi Que IV 6

40 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT..5 Asek Availability Availability adalah suatu ukuran dari ermulaan keadaan clsed system dari lingkungannya. Availability adalah sifat ekstensif, availability sering sesuai ada kerja dengan unit massa atau mlar, availability sesifik ada dasar massa (a) : ( e u ) + ( v v ) T ( s s ) a (7) dimana e, v dan s adalah berturut-turut energi, vlume dan entry ada keadaan yang ditentukan; u, v, s adalah ada dead state. Dimana e u + V / + gz a u + V + gz u + ( v v ) T ( s s ) a V + ( u u ) + ( v v ) T ( s s ) + gz sedangkan erubahan availability antara dua keadaan dari clsed system daat ditentukan sebagai erbedaan : A ( E E ) + ( V V ) T ( S ) A S (9) dimana harga dan T ditentukan dengan keadaan lingkungan. Ketika system ada dead state, system berada kesetimbangan thermal dan mekanik dengan lingkungan dan harga availability adalah nl! kntribusi thermmekanik terhada availability adalah nl. (8) Cnth. Dua kilgram air mengalami rses dari keadaan awal dimana air adalah saturated var ada 0 C, keceatan 0 m/s dan ketinggian 6 m samai ke keadaan akhir dimana air adalah saturated liquid ada 0 C, keceatan 5 m/s dan ketinggian m. tentukan dalam kj/kg : ambil T5 C dan atm, g 9,8 m/s a. Availability ada keadaan awal b. Availability ada keadaan akhir c. Perubahan availability Prgram Semi Que IV 7

41 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Penyelesaian : Diketahui : dua kg air mengalami rses antara dua keadaan yang diilih Tentukan : availability ada keadaan awal dan akhir dan erubahan dalam availability Skema dan data yang diberikan : Asumsi :. Air adalah suatu clsed system ada keadaan awal dan akhir setimbang. Keceatan dan ktinggian diukur relatif terhada envirnment. T 5 C, atm dan g 9,8 m/s Analisis Availability ada keadaan awal dan akhir daat ditentukan dengan mengggunakan : V ( ) ( ) ( ) A m u u + v v T s s + + gz Untuk mengevaluasi availability memerlukan harga vlume sesifik, energi internal sesifik dan entry sesifik dari air ada dead state. Pada dead state dimana T 5 C dan atm, air adalah liquid. Dengan demikian ersamaan ada bab sebelumnya dan harga dari table A-, v,009 cm /g, u04,88 kj/kg, s0,674 kj/kg.k Prgram Semi Que IV 8

42 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. a. Untuk air sebagai saturated var ada 0 C, table A- memberikan,985 bar, v89,9 cm /g, u59, kj/kg, s7,96 kj/kg.k. Ganti ke dalam ersamaan diatas untuk availability, availability ada keadaan awal adalah : A,0x0 kg + ( 59, 04,88) N m kj + kg ( 98K )( 7,6 0,674) ( 89,9,009) kj kg.k ( 0m / s) + ( 9,8m / s )( 6m) cm 0 g kg kj g 6 0 cm m 0 Nm 000,kJ N kj kg.m / s 0 Nm b. Untuk air sebagai saturated liquid ada 0 C, 0,08 bar, v,0004 cm /g, u4 kj/kg, s 0,5 kj/kg.k. Availability ada keadaan akhir adalah,9 kj c. Perubahan availability dari system adalah A A -996, kj Tanda minus menunjukkan bahwa availability menurun dalam rses ini Cnth. Suatu silinder dari internal cmbustin engine berisi 450 cm rduk gas embakaran ada tekanan 7 bar dan temeratur 867 C sebelum katu exhaust terbuka. Tentukan availability sesifik dari gas dalam kj/kg. Abaikan engaruh gerakan dan grafitasi dan mdel gas embakaran sebagai udara sebagai gas ideal. Ambil T 7 C dan atm Penyelesaian Diketahui : rduk gas embakaran ada keadaan khusus diisikan dalam silinder dari ICE Tentukan : availability sesifik Prgram Semi Que IV 9

43 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Skema dan data yang diberikan : Asumsi :. Prduk gas embakarn adalah clsed system. Prduk embakaran dimdel sebagai gas ideal. engaruh gerakan dan grafitasi daat diabaikan 4. T 7 C dan atm Penyelesaian : availability sesifik : a ( u u ) + ( v v ) T ( s s ) term energi internal dan entry dievaluasi dengan menggunakan table A- : ( u u ) 880,5 4,07 666,8 kj kg T ( s s ) s ( T) s ( T ) R ln M ( s s ) 00K,88,700 ln 58,6 kj kg 8,4 8,97 7,0 term ( v ) dievaluasi dengan menggunakan ersamaan gas ideal v v R / M T sehingga : dari keadaan : v ( R / M) T dan ( ) T M R ( v v ) T Prgram Semi Que IV 40

44 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. ( v v ) ( ) 8,4,0 40 8, ,75 kj kg sehingga availability sesifiknya adalah a 68,9 kj/kg.6 Kesetimbangan Availability Untuk Clsed System.6. Develment Dari Kesetimbangan Availability Kesetimbangan availability untuk clsed system dibangkitkan leh kmbinasi kesetimbangan energi dan antri clsed system. Bentuk kesetimbangan antri dan energi : E E δq W S S δq T b + σ dimana W dan Q berturut-turut adalah kerja dan heat transfer antara system dan lingkungan. Langkah ertama dalam menurunkan kesetimbangan availability, dimana kesetimbangan energi : δq T ( E E ) T ( S S ) δq T W σ T b ( A A ) ( V V ) δq W σ T Tb maka clsed system availability balance : T T T Tb ( A A ) δq [ W ( V V )] Availability change Availability transfer Availability destructin σ (0) Cnth Air yang mula-mula saturated liquid ada 00 C diisikan ada rangkaian silinder-istn. Air mengalami rses samai ada keadaan saturated var yang mana istn daat bergerak secara bebas dalam Prgram Semi Que IV 4

45 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. silinder. Untuk tia-tia dari dua rses jelaskan di bawah, tentukan ada unit massa erubahan availability, transfer availability diikuti kerja, availability transfer diikuti anas dan irreversibility (kj/kg). Ambil T 0C,,04 bar a. Perubahan keadaan dibawa leh emanasan air seerti air mengalami rses internal reversible ada T dan knstan. b. Perubahan keadaan yang dibawa secara adiabatic leh aksi engadukan dari addle wheel Penyelesaian Diketahui : saturated liquid ada 00 C mengalami rses samai keadaan saturated var Tentukan : erubahan availability, availability transfer diikuti kerja dan anas serta irreversibility untuk setia dari dua rses yang diilih Asumsi :. Untuk bagian a dan b lihat asumsi yang terdaat ada cnth sal ada bab sebelumnya (entry). T 0 C,,04 bar Analisis a. Perubahan availability sesifik : a u g u f + ( v v ) T ( s s ) gunakan data dari table A- kj 087,56 + kg a a 484KJ /kg g f g 5 (,04x0 N m )(,67 m kg) ( 0 N.m kj) f kj ( 9,5K ) 6,048 kg.k enggunaan ersamaan untuk kerja yang dierleh ada enyelesaian ada cnth sal bab tentang entry, availability transfer diikuti kerja adalah : transfer.f.availability W [ ] ( v v ) ( ) v 0 accmanyi ng.wrk g f fg m W v ; fg m Prgram Semi Que IV 4

46 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. meskiun kerja memunyai harga tidak nl, tidak ada kerja yang mengikuti availability transfer karena. Penggunaan harga heat transfer dihitung ada cnth sal ada bab tentang entry, transfer dari availability diikuti heat transfer ada rses tekanan knstan adalah : transfer.f.availability T Q 9,5 kj [ ] kj kg accmanyi ng.heat.transfer T m 7,5 Harga siti menunjukkan bahwa availability transfer adalah arahnya sama sesuai heat transfer. Dari rses yang terjadi tana irreversibility, irreversibility I biasanya berharga nl. Ini daat dibuktikan dengan memasukkan tiga availability yang dievaluasi diatas kedalam kesetimbangan availability. b. Dari keadaan akhir adalah sama seerti ada bagian a, erubahan availability adalah sama. Selain itu, karena tidak heat transfer, tidak ada availability transfer diikuti leh anas. Availability transfer diikuti leh kerja adalah : 5 transfer.f.availability W [ ] ( ) (,04x0 )(,67) v v 087,56 accmanying.wrk g f 57kJ / kg m 0 tanda minus menunjukkan bahwa ttal availability transfer diikuti kerja adalah masuk system. Akhirnya, irreversibility ditentukan dari kesetimbangan availability. Penyelesaian untuk irreversisbility er unit massa : kg I m W a m ( v v ) 484 ( 57) 77kJ / kg g f Kmentar :. Cnth ini menunjukkan bahwa erubahan availability selama rses ditentukan leh keadaan akhir tetai harga transfer availability dan irreversibility tergantung ada sifat rses.. Harga irreversibility dari bagian b daat juga ditentukan dengan menggunakan I m σ T, dimana rduk entry er unit m Prgram Semi Que IV 4

47 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. massa, σ/m dierleh dari enyelesaian ada cnth bab sebelumnya..6. Flw Availability Tujuan kali ini adalah utnuk mengembangkan knse flw availability. Knse ini enting untuk cntrl vlume dari kesetimbangan laju availability..6.. Availability Transfer Diikuti Aliran Kerja Ketika diasumsikan aliran satu dimensi, kerj ada bagian masuk atau keluar dari cntrl vlume, aliran kerja diberikan ada laju waktu dengan m! ( v) dimana m! adalah laju massa, tekanan dan v vlume sesifik ada inlet atau utlet. Availi bility transfer diikuti aliraan kerja : time.rate.f.avaibility.transfer [ ] m( v v) accmanying.flw.wrk! () Kita asumsikan bahwa eningkatan vlume dari clsed system ada interval waktu ( t) sama dengan vlume daerah akhir. Availability transfer diikuti kerja : avaibility.transfer [ ] W V accmanying.wrk () dimana V adalah erubahan vlume dari system. Perubahan vlume system sama dengan vlume regin e. Sehingga Vmeve, maka : avaibility.transfer [ ] W m ( v ) accmanying.wrk () e e Persamaan daat diasang ada dasar laju waktu dengan membagi setia suku dengan interval waktu t. dan batas didekati t!0 : time.rate.f.avaibility.transfer lim W lim me [ ] ( v ) accmanying.wrk t 0 t 0 e (4) t t ada limit t!0, batas clsed system dan cntrl vlume serua. Dengan demikian, ada limit ini laju transfer energi leh kerja dari clsed system adalah laju transfer energi leh kerja dari cntrl vlume. Maka suku ertama dari ersamaan 4 menjadi : Prgram Semi Que IV 44

48 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. W m! t ( v ) lim t 0 e (5) m t lim e dan suku kedua : ( v ) m! ( v ) t 0 e e e (6) ada limit ini, asumsi vlume sesifik unifrm seluruhnya regin e berhubungan terhada asumsi vlume sesifik unifrm melalui exit (satu dimensi). Substitusi ersamaan 6, 5 ke 4 memberikan : time.rate.f.avaibility.transfer [ ] m ( v v ) accmanying.wrk! (7) e e e e.6.. Develment Dari Knse Flw Availability. Ketika massa mengalir melalui batas cntrl vlume, diikuti transfer energi: time.rate.f.energi.transfer V [ ] me m! accmanyi ng.wrk u + + gz! (8) Demikian juga, ketika massa masuk atau keluar cntrl vlume diikuti leh transfer availability : time.rate.f.avaibility.transfer [ ] ma m! ( e u ) + ( v v ) T ( s s ) accmanying.wrk [ ]! (9) Dari transfer availability diikuti aliran massa dan aliran kerja terjadi ada lkasi dimana massa masuk atau keluar cntrl vlume, maka : time.rate.f.avaibility.transfer [ accmanying.wrk ] m! [ a + ( v v )] time.rate.f.avaibility.transfer [ ] m ( e u ) + ( v v ) T ( s s ) + ( v v ) accmanying.wrk [ ]! (0) Prgram Semi Que IV 45

49 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. SYSTEM TENAGA UAP (VAPOR POWER SYSTEMS). Rankine Cycle Prisi kerja dan heat transfer Asumsi : Pada bab ini akan dibahas mengenai sistem tenaga ua dan juga mesin-mesin bekerja sesuai dengan siklus tersebut. Sistem tenaga ua ini membahas mengenai turbin ua dan juga mesin - Heat transfer antara system ke lingkungan diabaikan - Energi kenetik dan tensial diabaikan - Setia kmnen bererasi ada steady state - Penggunaan bersama-sama rinsi knservasi massa dan energi Gambar Prinsi Kerja dan heat transfer dari Sistem Tenaga Ua sederhana Pada Gambar, ua dari biler ada keadaan memunyai kenaikan temeratur dan tekanan, bereksansi melalui turbin menghasilkan kerja dan kemudian dikeluarkan ke kndensr ada keadaan dengan tekanan rendah. Heat transfer dengan lingkungan diabaikan, laju kesetimbangan massa dan energi untuk cntrl vlume sekitar turbin ada steady state memberikan : Prgram Semi Que IV 46

50 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. V V 0 Q! cv W! t + m! h h + + g z W! t atau : h h m! ( z ) W! dimana m! menunjukkan laju aliran massa fluida kerja dan t m! () adalah laju kerja yang dibangkitkan er unit massa ua melaui turbin. Pada kndensr disini heat transfer dari ua ke air endingin mengalir dalam aliran searasi. Ua kndensasi dan temeratur air endingin meningkat. Pada steady state, kesetimbangan massa dan energi untuk cntrl vlume : Q! m! ut h h Q! Dimana ut adalah laju anergi yang ditransfer leh anas dari fluida m! kerja ke air endingin er unit massa fluida kerja melalui kndensr. Cairan kndensat meninggalkan kndensr ada dima dari tekanan kndensr ke tekanan biler maka kesetimbangan massa dan energi : W! m! W! Dimana m! h 4 h adalah laju daya inut er unit massa melewati ma. Fluida kerja suatu siklus seerti liquid meninggalkan ma ada 4 disebut biler feedwater dianaskan samai saturasi dan diuakan di dalam biler. Dari keadaan 4 samai, kesetimbangan laju massa dan () () energi : Q! in m! h h 4 (4) Prgram Semi Que IV 47

51 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Q! Dimana in adalah laju heat transfer dari sumber energi ke fluida kerja m! er unit massa melalui biler. Efisiensi thermal mengukur tingkat dimana energi inut ada fluida kerja melalui biler diknversi ke ttal kerja utut. Efisiensi thermal dari siklus daya gambar adalah : W! t η m! W! Q! m! in m! ( h h ) ( h4 h ) ( h h ) Parameter yang lain digunakan untuk menjabarkan erfrman wer lant adalah back wrk rati (bwr) didefinisikan sebagai rasi kerja inut ma terhada kerja yang dibangkitkan leh turbin. Bwr untuk siklus 4 (5) daya : η W W! t m! m! ( h4 h ) ( h h ) (6). Siklus Rankine Ideal Jika fluida kerja melewati bermacam-macam kmnen dari siklus daya ua sederhana tana irreversibilitas, gesekan ressure dr dari biler dan kndensr dan fluida kerja akan mengalir melalui kmnen ada tekanan knstan. Juga tidak ada irreversibilitas dan heat transfer dengan lingkungan, rses melalui turbin dan ma akan isentris. Suatu siklus akan menjadi ideal (siklus Rankine Ideal). Gambar Diagram Temeratur entry dari siklus Rankine Ideal Prgram Semi Que IV 48

52 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Dengan mengacu gambar fluida kerja mengalami urutan rses internal reversible: - : Eksansi isentris dari fluida kerja melalui turbin dari ua jenuh ada keadaan samai tekanan kndensr. - : Heat transfer dari fluida kerja seerti fluida mengalir ada tekanan knstan melalui kndensr samai cair jenuh ada keadaan. -4 : Kmresi isentris dalam ma samai keadaan 4 ada daerah cmresed liquid. 4- : Heat transfer ada fluida kerja seerti fluida mengalir ada tekanan knstan melalui biler. Karena ma ideal maka seerti bererasi tana irreversibilitas, maka kerja ma adalah : W! m! int rev 4 vd v ( ) 4 (7) Cnth. Ua adalah fluida kerja ada siklus Rankine Ideal. Ua jenuh masuk turbin ada 8 MPa dan cair jenuh keluar kndensr ada tekanan 0,008 MPa. Kerja keluaran ttal silus adalah 00 MW. Tentukan untuk siklus : a. Efisiensi termal b. Rasi kerja balik c. Laju aliran massa ua (kg/h) d. Laju heat transfer, Qin ke dalam fluida kerja yang melalui biler (MW) e. Laju heat transfer Qut dari kndensasi ua melalui kndensr (MW) Penyelesaian : Diketahui : Siklus Rankine Ideal bererasi dengan ua sebagai fluida kerja. Tekanan biler dan kndensr disesifikasi dan ttal daya keluaran diberikan. Prgram Semi Que IV 49

53 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Tentukan : Efisiensi termal, rasi kerja balik, laju aliran massa ua (kg/h), laju heat transfer, Qin ke dalam fluida kerja yang melalui biler (MW) dan laju heat transfer Qut dari kndensasi ua melalui kndensr (MW) Asumsi :. Setia kmnen dari siklus dianalisa sebagai cntrl vlume ada keadaan steady.. Semua rses dari fluida kerja adalah reversible internal. Turbin dan ma bererasi secara adiabatic 4. Energi kinetik dan tensial diabaikan 5. Ua Jenuh masuk turbin. Kndenat keluar kndensr sebagai cair jenuh Skema dan data yang diberikan : Gambar sal cnth dari Siklus Rankine Ideal Analisis : untuk memulai, kita erhatikan skema diatas. Permulaan ada masuk turbin, tekanan adalah 8 MPa dan ua adalah saturated var, sehingga dari table A- didaat h 758 kj/kg dan s 5,74 kj/kg.k. Keadaan ditentukan dengan 0,008 MPa dan entry sesifik knstan untuk adiabatic dan eksansi reversible secara internal melalui turbin. Gunakan data cair jenuh dan ua jenuh dari table A-, kualitas ada keadaan adalah : Prgram Semi Que IV 50

54 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. x s s f 5,74 0,596 0,6745 kj/kg.k s s 7,66 g f maka entalhi : h h x h 7,88 ( 0,6745) 40, 794, 8 f + fg + kj/kg Keadaan adalah cair jenuh ada 0,008 MPa, sehingga h 7,88 kj/kg. Keadaan 4 ditentukan dengan tekanan biler 4 dan entry sesifik s4s. atau dengan endekatan kerja ma (lebih sederhana) : h!! ( ) 4 h + W m h + v N m kj (,0084x0 m / kg)( 8 0,008) MPa h4 7,88kJ / kg + MPa 0 Nm h 4 7,88 + 8,06 8,94 kj/kg a. Efisiensi thermal W! t W! t η Q! in ( h h ) ( h4 h ) ( h h ) 4 ( ,8) ( 8,94 7,88) 758 8,94 η 0,7 7,% b. Rasi Kerja Balik bwr W! W! t h h 4 h h 8,94 7, ,8 8,7x0 0,84% c. Laju aliran massa ua daat dierleh dari ersamaan untuk daya ttal m! W! ( h h ) ( h h ) cycle 4 ( kw MW)( 600s h) 00MW 0 96, 8,06,77x0 5 kg / h d. Laju heat transfer, Qin ke dalam fluida kerja yang melalui biler (MW) Q! m! h 5 ( ) (,77x0 kg / h)( 758 8,94) h4 ( 600s / h)( 000kW / MW) kj / kg in 69,77MW e. Laju heat transfer Qut dari kndensasi ua melalui kndensr (MW) Q! m! h 5 ( ) (,77x0 kg / h)( 794,8 ) h ( 600s / h)( 000kW / MW) 7,88 kj / kg ut 69,75MW Prgram Semi Que IV 5

55 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT.. Prinsi Irreversibilitas Dan Lsses Irreversibilitas dan lsses ditunjukkan dengan setia dari emat subsistem dalam gambar. Beberaa engaruh ini memunyai beberaa engaruh nyata ada erfrmance dariada yang lain. Prinsi irreversibilitas dialami leh fluida kerja yang ditunjukkan dengan eksansi melalui turbin. Heat transfer dari turbin ke lingkungan juga menunjukkan kerugian tetai biasanya diabaikan. Seerti ditunjukkan ada rses - dari gambar eksansi adiabatic actual melalui turbin diikuti leh eningkatan entry. Kerja dibangkitkan er unit massa dalam rses ini berkurang dari ada eksansi isentris -s. efisiensi turbin ηt dikenalkan ada bagian 6.8 diblehkan memengaruhi irreversibilitas dalam turbin untuk erhitungan efisiensi actual. Efisiensi turbin isentris : η t ( W! t m! ) h h ( W! m! ) h hs t s Sedangkan efisiensi isentris ma : Cnth η ( W! m! ) s h4s h ( W! m! ) h4 h Seerti ada cnth sal n, tetai termasuk dalam analisis bahwa setia turbin dan ma memunyai efisiensi isentris 85 %. Tentukan untuk mdifikasi siklus : a. Efisiensi termal b. Laju aliran massa ua (kg/h) untuk daya keluar 00 MW c. Laju heat transfer, Qin ke dalam fluida kerja yang melalui biler (MW) d. Laju heat transfer Qut dari kndensasi ua melalui kndensr (MW) Penyelesaian : Diketahui : suatu Siklus Tenaga Ua bererasi dengan ua sebagai fluida kerja. Kedua turbin dan ma memunyai efisiensi 85 %. Tentukan : Efisiensi termal, laju aliran massa ua (kg/h) untuk daya keluar 00 MW, laju heat transfer, Qin ke dalam fluida kerja yang melalui biler (8) (9) Prgram Semi Que IV 5

56 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. (MW) dan laju heat transfer Qut dari kndensasi ua melalui kndensr (MW). Asumsi :. Setia kmnen dari siklus dianalisa sebagai cntrl vlume ada keadaan steady.. Fluida kerjaa melewati biler dan kndensr ada tekanan knstan. Ua Jenuh masuk turbin. Kndenat keluar kndensr sebagai cair jenuh. Turbin dan ma bererasi secara adiabatic dengan efisiensi 85 % 4. Energi kinetik dan tensial diabaikan Skema dan data yang diberikan : Analisa : Keadaan sama seerti ada cnth sehingga h 758 kj/kg dan s5,74 kj/kg.k. Entalhi sesifik ada keluar turbin, keadaan daat ( W! t m! ) h h ditentukan menggunakan efisiensi turbin : ηt ( W! m! ) h hs dimana hs adalah entalhi sesifik ada keadaan s ada diagram T-s. Dari enyelesaian untuk cnth, hs 794,8 kj/kg. Penyelesaian untuk h dengan memmasukkan harga : h ( h h ) 758 0,85( ,8) 99, h η kj/kg t s Keadaan adalah sama seerti cnth sehingga h 7,88 kj/kg t s Prgram Semi Que IV 5

57 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Untuk menentukan entalhi sesifik ada keluar ma, keadaan 4, reduksi kesetimbangan laju massa dan energi untuk cntrl vlume sekeliling ma untuk memerleh : ( ) 4 sesifik ada keadaan 4 adalah h h + ( W! m! ) 4 W! m! h h, maka entalhi. Untuk menentukan h4 dari ersamaan ini memerlukan kerja ma yang mana daat dievaluasi menggunakan efisiensi ma, dengan definisi : ( W! m! ) s η, suku ( W! m! ) ( W m! ) s 7. kemudian enyelesaian untuk ( W m! ) W! m! v ( ) 4 η! daat dievaluasi menggunakan ersamaan! menghasilkan : embilang dari ersamaan ini ditentukan ada enyelesaian untuk W! 8,06 cnth, maka: 9, 48 kj/kg m! 0,85 sehingga entalhi sesifik untuk ma keluar : h 4 7,88 + 9,48 8,6 kj/kg a. Efisiensi termis : W! t W! t η Q! in ( h h ) ( h4 h ) ( h h ) 4 ( ) ( 9.48) 758 8,6 0,4,4% b. Laju aliran massa ua m! W! ( h h ) ( h h ) cycle 4 ( kw MW)( 600s h) 00MW 0 88,7 9,48 4,449x0 5 kg / h c. Laju heat transfer, Qin ke dalam fluida kerja yang melalui biler (MW) Q! m! h 5 ( ) ( 4,45x0 kg / h)( 758 ) h4 ( 600s / h)( 000kW / MW) 8,6 kj / kg in 8,MW Prgram Semi Que IV 54

58 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. f. Laju heat transfer Qut dari kndensasi ua melalui kndensr (MW) Q! m! h 5 ( ) ( 4,45x0 kg / h)( 99, ) h ( 600s / h)( 000kW / MW) 7,88 kj / kg ut 8,MW.4 Siklus Reheat (Siklus Panas Ulang) Seringkali fluida kerja daat bereksansi melalui sebuah turbin tekanan tinggi kemudian dianaskan ulang sehingga daat dengan lebih baik memanfaatkan gas embakaran. Hal ini meruakan strategi yang baik dalam kerangka enguraian energi. Tetai karena erbedaan temeratur yang besar antara fluida kerja dan gas buang dari embakaran, menjadikan siklus ini rses yang irreversibel..5 Siklus Regeneratif Penambahan emanas air ke dalam siklus Rankine memungkinkan anas diindahkan lebih dekat (erbedaan temeratur yang lebih kecil mendekati reversibel). Kebanyakan embangkit tenaga ua memiliki tiga atau lebih emanas air, dua diantaranya adalah terbuka dan tertutu. Sebagian besar embangkit tenaga hanya memiliki satu emanas air terbuka. Sebuah emanas deaerasi untuk mengeluarkan gas-gas terlarut Prgram Semi Que IV 55

59 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. yang terjadi selama rses emanasan. Seerti yang telah dijelaskaan sebelumnya bahwa emanas air meruakan enukar anas sederhana (umumnya berua desain shell dan tube). Kemamuan untuk memindahkan fluida dari satu fluida ke yang lainnya tergantung dari desain enukar anas (engaturan, jenis, jumlah, dan ukuran tube serta kndisi aliran). Sebuah enukar anas satu ase yang baik biasanya memungkinkan satu temeratur fluida mendekati temeratur fluida yang lainnya biasanya berkisar 5 F atau.78 C. Diasumsikan bahwa ada taha berua ase cair jenuh. Taha dicaai jika sebuah ma ideal dari h h v ( ). Tekanan,5 dan 7 yang masuk dan keluar enukar anas terbuka diasumsikan sama. Taha 7 diasumsikan berubah menjadi cair jenuh ada tekanan tersebut. Taha 8 juga dicaai jika sebuah ma ideal dari h h v ( ) Taha 0 menjadi cair jenuh ada tekanan taha 4. Pada taha 9 temeratur mendekati temeratur taha 0 tai lebih cair dan memilik temeratur yang lebih rendah (sekitar 5 F atau sekitar.78 C tergantung dari desain). Pada embangkit tenaga ua riil. Ua dilewatkan melalui sistem katu yang cuku kmleks untuk mengatur aliran ( dan juga tenaga dari turbin), tergantung dari kebutuhan tenaga listrik dan arameter erasi embangkit tenaga. Pembangkit tenaga ua daat digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik dalam berbagai skema beban. Laju aliran ada taha intermedit ditentukan berdasarkan atas alikasi hukum ertama dari emanas air. Sebagai cnth, jika laju aliran massa yang memasuki turbin adalah m!, dan bagian aliran yang diuraikan ke dalam emanas air tertutu adalah a sehingga laju aliran yang masuk ke emanas air adalah m! a. Laju aliran ada turbin bertekanan intermedit adalah. jika laju aliran yang diuraikan ke dalam emanas air terbuka adalah m! a, sehingga laju aliran menuju turbin Prgram Semi Que IV 56

60 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. tekanan rendah adalah m( a b)!. Hukum ertama ada emanas air a b h dengan kedua a dan + bh a h terbuka memberikan ( ) 5 ( ) 0 b tidak diketahui. Hukum ertama ada emanas air tertutu mendaatkan a dari ah 4 + h8 ah0 + h9, kemudian b daat ditentukan..6 Siklus Refrigerasi Ideal Siklus refrigerasi ideal dianalgikan seerti siklus Rankine blak-balik, kecuali untuk dua hal yaitu : - Siklus memulai dengan kmresi ua jenuh (buka cair jenuh) ke dalam daerah anas lanjut dari table - Prses eksansi enguraian tenaga (turbin) digantikan leh thrtling. Diagram siklus Refrigerasi sebagai berikut Inut tenaga ke dalam kmresr diberikan leh hukum ertama termdinamika W m! ( h h )! dimana ss, jika rses tersebut cm reversibel dan adiabatis. Taha ditentukan leh s dan tekanan Prgram Semi Que IV 57

61 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. kndenser. Cuku sulit untuk mencaai taha jenuh (biasanya membutuhkan beberaa kali interlasi). Cara yang lebih baik untuk memerleh sifat sifat siklus refrigerasi adalah menggunakan grafik tekanan entali untuk refrigeran tertentu Untuk menentukan laju erindahan anas kndenser, hukum! yang mutlak ertama termdinamika memberikan Q m! ( h h ) bernilai negatif (anas dikeluarkan ke lingkungan). Hukum ertama dari katu thrttle memersyaratkan h4 h, untuk rses eksansi irreversibel ke dalam evaratr. Laju erindahan anas untuk evaratr adalah ( h ) Q! m! h, dimana anas dimasukkan ke dalam siklus, tai eva 4 dihilangkan dari daerah terrefrigerasi cnd Prgram Semi Que IV 58

62 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. SISTEM TENAGA GAS (GAS POWER SYSTEM) Pada bab sebelumnya telah dibahas mesin-mesin siklus sebagai satu kesatuan system, dan dalam bentuk siklus Carnt. Pada kesematan ini kita akan memerluas knse mengenai bagaimana rses-rses tersebut dimdelkan dalam siklussiklus termdinamika sesifik. Pertama kita akan meninjau siklus gas sesifik : siklus Ott, Diesel, dan Braytn. 4. Siklus-Siklus Udara Standart Asumsi dasarnya adalah udara sebagai fluida kerja dan semua rses bekerja secara reversible. Untuk siklus Ott, Diesel dan Trinkler, kita mengangga sebuah system tertutu yang bekerja dengan jumlah udara yang sama seanjang siklus tersebut. Pembakaran hidrkarbn diangga sebagai enambahan anas; karena jumlah udara jauh lebih besar dibandingkan dengan jumlah bahan bakar, hal ini meruakan mdel kualitatif yang baik yang tidak membutuhkan engetahuan tentang embakaran aktual. Panas biasanya dikeluarkan dari mesinmesin jenis ini sebagai rduk embakaran. Dua knse baru adalah rasi kmresi dan tekanan efektif. Untuk siklus Braytn, kita mengasumsikan sebagai mesin-mesin kntrl vlume yang mewakili sebuah turbin gas. Pembakaran dimdelkan sebagai sebuah enukar anas (menerima anas). 4. Siklus Ott Udara Standar Siklus tt meruakan mdel ideal dari enyalaan busi, mesin emat tak. Adaun rsesnya adalah sebagai berikut (terlihat ada gambar ). Kmresi adiabatic reversible. Pemasukan vlume anas secara knstan mewakili embakaran dari akhir langkah istn Prgram Semi Que IV 59

63 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT.. Eksansi adiabatic reversible, mewakili tenaga yang dihasilkan leh langkah istn 4. Pembuangan vlume secara knstan, mewakili embuangan gas buang Prses dari taha ke meruakan rses adiabatic reversible (isentris) sehingga kerjanya adalah isentris (nk), yaitu : W ( T T ) V V mr () k k dimana : - W : Kerja isentris yang dilakukan gas dari titik ke -, : tekanan titik dan - R : knstanta gas ideal (udara standart) - m : masa gas - T, T : temeratur titik dan - k : knstanta gas adiabatis Perindahan anas dari rses yang sama adalah nl (reversible dan adiabatic). Penambahan anas (tana batasan kerja), diberikan sebagai berikut : Q ( ) m u u () dimana : - Q : heat transfer dari titik ke - u, u : masing-masing energi dalam ada titik dan Utuk anas sesifik knstan, ersamaan ini menjadi Q m ( T ). Kerja eksansi ke 4 dari siklus Ott juga cv T meruakan rses isentris ersamaannya ditunjukkan sebagai berikut : W 4 ( T T ) 4V4 V mr 4 () k k dimana : - W4 : Kerja isentris yang dilakukan gas dari titik ke 4 -, 4 : tekanan titik dan 4 - T, T4 : temeratur ada titik dan 4 Prgram Semi Que IV 60

64 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Perindahan anas Q4 juga tidak ada (zer). Prses diakhiri dengan embuangan anas sejajar dengan emasukan anas ada kndisi vlume knstan. Prses akhir, engeluaran anas sejajar dengan emasukan anas ada vlume knstan dinyatakan sebagai : Q dimana : ( ) 4 m u u 4 (4) - Q4 : heat transfer dari titik 4 ke - u, u4 : masing-masing energi dalam ada titik dan 4 Panas sesifik menjadi Q m ( T ). Rasi kmresi r, 4 cv T4 didasarkan atas nilai vlume terbesar samai terkecil (diambil dari langkah istn selama kmresi) V V r 4, ternyata rasi vlume V V sesifik sama dengan rasi vlume (untuk system tertutu). Mean effective ressure (MEP) atau tekanan efektif rata-rata didefinisikan sebagai siklus kerja dibagi dengan erubahan maksimum ada vlume Wcycle MEP. MEP meruakan ukuran untuk kerja yang tidak berguna V V dalam siklus kerja. Akhirnya efisiensi anas daat dinyatakan sebagai Wcycle η. Untuk anas sesifik knstan ersamaan daat Q disederhanakan menjadi : W c ( T4 T ) T k ( T T ) T r cycle v η (5) Q c v Gambar. Siklus Ott Udara Standart Prgram Semi Que IV 6

65 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. 4. Siklus Diesel Standar Udara Siklus diesel meruakan mdel idealisasi dari sebuah rses kmres enyalaan, mesin emat langkah. Adaun rsesnya sebagai berikut (terlihat ada gambar ).. Kmresi reversible dan adiabatic (isentris). Pemasukan tekanan knstant, mewakili embakaran ada akhir langkah istn. Eksansi reversible dan adiabatic, mewakili langkah tenaga istn 4. Pengeluaran vlume anas secara knstan, mewakili rses embuangan gas Prses-rses dari taha ke adalah adiabatic dan reversible sehingga kerja meruakan kerja isentris (nk) : W ( T T ) V V mr (6) k k dimana : - W : Kerja isentris yang dilakukan gas dari titik ke -, : tekanan titik dan - R : knstanta gas ideal (udara standart) - m : masa gas - T, T : temeratur titik dan - k : knstanta gas adiabatis Perindahan anas untuk rses-rses yang serua adalah nl (zer/reversible dan adiabatik). Heat transfer ada tekanan knstan yaitu ada rses - diberikan sebagai : Q ( ) m h h (7) dimana : - Q : Heat transfer ada tekanan knstan dari titik - h, h : Entali ada titik dan Kerja dari ke meruakan tekanan knstan W ( V ), untuk V anas sesifik knstan, erindahan anas menjadi Q mc ( T ). T Prgram Semi Que IV 6

66 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Kerja eksansi ke 4 dari siklus Diesel meruakan kerja isentris, diberikan leh ersamaan : ( T T ) 4V4 V mr 4 W4 k k (8) dimana : - W4 : Kerja isentris yang dilakukan gas dari titik ke 4 -, 4 : tekanan titik dan 4 - T, T4 : temeratur ada titik dan 4 Sedangkan erindahan anas Q 4 juga bernilai nl (zer). Prses terakhir berua rses engeluaran anas ada sejajar dengan emasukan anas ada vlume knstan dinyatakan sebagai Q Q ( ) 4 m u u 4 dan untuk anas sesifik knstan menjadi ( T ) 4 mc v T4. Perbandingan kmresi, r, didasarkan atas langkah istn selama kmresi : r V V. Kenyataanya erbandingan vlume sesifik sama dengan erbandingan vlume (vlume rati) Mean effective ressure, MEP (tekanan efektif rata-rata) didefiniskan sebagai siklus kerja dibagi dengan erubahan maksimum ada vlume Wcycle dan dinyatakan sebagai MEP. MEP juga meruakan ukuran V V dari kerja tidak berguna (tidak efektif) dari siklus tersebut. Efisiensi thermal W (η) diberikan sebagai η Q cycle daat disederhanakan menjadi : W ( T4 T ) ( T T ). Untuk anas sesifik knstan, ersamaan cycle v η. (9) Q c c Parameter lain yang diakai dalam siklus diesel adalah cutff rati V yang dinyatakan dalam rumus r c V Prgram Semi Que IV 6

67 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Gambar. Siklus Diesel Udara Standart Cnth Alternatif Siklus Diesel (Siklus gabungan/trinkler) Seringkali sebuah ernyataan yang lebih raktis dari siklus Diesel adalah bahwa erindahan anas mulai terjadi ada langkah enuh dari istn (titik mati atas) sebagai sebuah rses vlume knstan, kemudian berlanjut selama eksansi istn. Adaun diagramnya sebagai berikut Gambar Siklus Trinkler Udara Standart Prgram Semi Que IV 64

68 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. Prses ada taha[ ke meruakan rses adiabatic reversible (isentric) dengan demikian kerjanya adalah isentris (nk) : ( T T ) V V mr W (0) k k Transfer anas untuk rses yang sama adalah nl (reversible dan adiabatic), emasukan anas, dinyatakan sebagai vlume knstan : Q m( u u ) Untuk tekanan knstan Q4 m( h4 h ) meruakan kndisi batas kerja tekanan knstan W ( V ) (). Kerja dari ke 4. Untuk 4 4 V anas sesifik knstan, erindahan anas menjadi Q ( T T ) + mc ( T ) 4 Q + Q4 mc v 4 T. Kerja eksansi 4 ke 5 dari siklus Trinkler juga meruakan kerja isentris, ersamaanya diberikan sebagai berikut : W 45 ( T T ) 5V5 4V4 mr 5 4 () k k Perindahan anas Q45 juga bernilai nl. Pengeluaran anas terjadi ada vlume knstan (tana batas kerja) dinyatakan sebagai Q Q ( ) 5 m u u5 dan untuk anas sesifik knstan menjadi ( T ) 5 mc T5. Perbandingan kmresi ( r ) didasarkan ada langkah langkah istn selama kmresi r V V. Mean effective ressure (MEP) didefenisikan sebagai kerja siklus dibagi dengan erubahan Wcycle maksimum ada vlume yang dinyatakan sebagai MEP, V V akhirnya efisiensi termal daat diberikan sebagai η W Q cycle, untuk anas sesifik knstan ersamaan menjadi : v c v ( T5 T ) ( T T ) + c ( T T ) η () c 4 Prgram Semi Que IV 65

69 Diktat Termdinamika Teknik II Oleh : Slamet Wahyudi, ST.,MT.; Deny Widhiyanuriyawan, ST.,MT.; Mega Nursasngk, ST.,MT. 4.4 Siklus Braytn Udara Standart Siklus ini meruakan mdel ideal dari sebuah turbin gas.. Secara skematik, mdel tersebut terdiri dari sebuah kmresr adiabatic reversible, emasukan tekanan knstan melalui enukar anas (untuk menggambarkan embakaran), turbin adiabatic reversible untuk enguraian tenaga dan enukar anas tekanan rendah untuk engeluaran anas (menggambarkan embuangan gas).!, Dari hukum ertama kntrl vlume cmressr W m! ( h h ) dimana hdierleh dari sebuah rses isentric di dalam tabel. Untuk emasukan anas, Q m! ( h ) h adiabatic W m! ( h h ) ( ) 4 m h h4 turbin cm!. Untuk trubin reversibel dan!, dan untuk engeluaran anas Q!!. Efisiensi termal yang dihasilkan adalah W! Q! 4 cycle 4 η (5) Q! + Q! Q! Prgram Semi Que IV 66