BAB IIPendekatan :Hukum Pertama TermodinamikaHukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan panas sebagai suatu bentuk perpindahan energi. Pernyataan paling umum dari hukum pertama termodinamika ini berbunyi: Kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika sebanding dengan jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya. Hukum termodinamika secara aplikasi di bagi menjadi hukum termodinamika pertama untuk sistem yang tertutup dan hukum termodinamika untuk sistem yang terbukaHukum termodinamika untuk sistem yang tertutup Pada hukum ini merupakan sistem dimana tidak ada perpindahan massa dari sistem tersebut sehingga fluida selalu berada dalam batas sistem.

....................................................................................................(2.1)di dalam sistem yang terisolasi, energi dalam sistem tetap sama sehingga Q = W = 0. sehingga diperoleh persamaan :

...........................................................................................................(2.2)Hukum termodinamika untuk sistem yang terbuka Menurut hukum termodinamika pertama pada suatu sistem :

..........................................................................................................(2.3)Atau keseimbangan energinya

..........................................................................................................................(2.4)Energi yang dapat di tansfer dengan panas, kerja dan massa adalah merupakan keseimbangan dalam keadaan stasioner dan dapat dituliskan

.....................................................................(2.5)energi pada fluida yang mengalir per unit massa adalah

..................................................................................................................(2.6)

..............................................................................................................(2.7)dengan subtitusi pers. diatas maka

...........................(2.8)Maka diperoleh persamaan neraca massa

..............................................(2.9)Jika kerja diabaikan = 0 maka .W

......................................................(2.10)Kekekalan Massa Volume Atur

Pada suatu sistem,sejumlah massa tetap m yang menempati ruang yang berbeda pada satu waktu t dan beberapa saat kemudian . Pada saat waktu t,jumlah massa dalam hal ini adalah penjumlahan dari:

.................................................................................................................(2.11)Volume aturZona iZona e

dimana adalah massa yang berada di dalam volume atur,dan adalah massa yang berada di dalam daerah kecil bertanda i yang letaknya bersebelahan dengan volume atur.

Dalam selang waktu seluruh massa yang hendak masuk ke sistem akan keluar mengisi zona e. Pada waltu jumlah massa dalam pembahasan ini bisa ditunjukkan sebagai

.......................................................................................................(2.12)Jumlah massa yang berada pada sedaerah i dan e tidak harus sama,dan jumlah massa yang terdapat di dalam volume atur mungkin sudah berubah.Walaupun sistem dalam pembahasan ini menempati daerah yang berbeda dalam ruang,pada waktu yang berbeda,sistem tersebut terdiri dari zat yang sama jumlahnya sesuai persamaan

.......................................................................................(2.13)Atau,

.......................................................................................(2.14)

Artinya bahwa peerubahan massa pada volume atur selama selang waktu adalah sama dengan jumlah massa yang masuk dikurangi dengan massa yang keluar.Asumsi1. Setiap komponen dalam siklus dianalisis sebagai sebuah volume atur pada kondisi tunak.2. Seluruh proses yang dialami fluida kerja bersifat ireversibel secara internal.3. Turbin dan pompa beroperasi secara adiabatik.4. Kondensat keluar dari kondenser sebagai cairan jenuh.5. Efek energi potensial dan kinetik dapat diabaikan.Detail analisis

Kondisi 1-2 Air masuk dalam pompa sebagai cairan jenuh,dimana tekanan saat sebelum masuk akan menjadi lebih besar saat meninggalkan pompa . Begitu pula dengan temperatur juga akan lebih besar setelah meninggalkan pompa . Air dari kondenser akan dipompa ke dalam boiler yang bertekanan tinggi dengan menggunakan volume atur sekitar pompa dan mengansumsikan tidak ada perpindahan kalor dengan sekitarnya. Deng.an Entropy pada kondisi 1 sama dengan kondisi 2

Asumsi:

Maka

Sehingga

.....................................................................................................................(2.15)

..........................................................................................................(2.16)

Kondisi 2-3 air yang dipompakan dari kondenser akan dipanaskan sampai jenuh dan diuapkan didalam boiler. Proses yang terjadi dalam boiler merupakan proses isobarik. Fraksi yang akan dihasilkan akan lebih dari satu karena kualitas yang keluar pada proses ini adalah kualitas tinggi. Karena isobarik maka tekanan pada kondisi 3 akan sama dengan kondisi 2. Sedangkan untuk entropy,entropy pada kondisi 3 akan lebih besar dari kondisi 2 .

Asumsi

......................................................................................................................(2.17)

................................................................................................................(2.18)

Kondisi 3-4 uap dari boiler,yang berbeda pada temperatur dan tekanan yang sudah dinaikkan,berekspansi melalui turbin untuk menghasilkan kerja. Dengan mengabaikan perpindahan kalor dengan sekelilingnya. Fraksi pada kondisi 4 akan mengalami penurunan hingga kurang dari 1. Sehingga tekanan pada kondisi 4 akan mengalami penurunan . Fase pada kondisi 4 adalah uap dimana proses yang berlangsung merupakan proses isentropik. Entropy pada kondisi 4 akan sama dengan kondisi 3.Karena isentropis maka Q=0

...................................................................................................................(2.19)

..........................................................................................................(2.20)Kondisi 4-5 uap yang keluar dari turbin akan dilewatkan kembali ke boiler. Sehingga terjadi peristiwa pemanasan ulang dengan proses isobar. Kondisi uap yang akan keluar tidak akan sama dengan kondisi 3. Hal ini dikarenakan tekanan yang masuk pada boiler untuk kedua kalinya ini lebih rendah saat baru pertama masuk dalam boiler. Pada kondisi 5,fraksi akan kembali melebihi 1 walaupun tidak sebagus pada proses sebelumnya. Entropy pada keadaan 5 akan lebih besar dari keadaan 4. Tekanan akan sama pada keadaan 4 dan 5,untuk temperatur akan lebih tinggi saat keluar dari boiler.

....................................................................................................................(2.21)

Kondisi 5-6 uap dari boiler akan di lewatkan kembali ke turbin. Dimana tekanan pada uap akan di ekspansi kembali untuk menghasilkan kerja. Pada kondisi ini akan terjadi proses isentropik. Dimana entropy pada kondisi 6 akan sama dengan kondisi sebelumnya. Karena menghasilkan kerja,maka temperatur pada kondisi 6 akan mulai mengecil . Begitu pula dengan tekanan,akan mengecil ketika keluar dari turbin.

....................................................................................................................(2.22)Kondisi 6-1 dalam kondenser terjadi perpindahan kalor dari uao ke airpendingin yang mengalir dalam aliran yang terpisah. Uap terkondensasi dan temperatur pendingin meningkat. Pada kondisi ini akan terjadi proses isobar. Dimana tekanan pada kondisi 1 akan sama dengan kondisi 6. Pada kondisi ini akan merubah besarnya temperatur pada kondisi 1,dimana temperatur akan berkurang. Selisih kalor yang dibuang pada kondisi ini dengan jumlah kalor yang ditambahkan ketika berada pada boiler merupakan kerja netto yang dihasilkan selama proses berlangsung

Asumsi

. ...................................................................................................................(2.23)

............................................................................................................(2.24)

.......................................(2.25)

...........................................................................................(2.26)

.........................................................................................(2.27)Variasi Parameter1. Menaikkan Tekanan BoilerDengan menggunakan cara yang sama,tekanan pada input kondenser diubah-ubah untuk menentukan efek yang dihasilkan. Sehingga perubahan effisiensi hingga laju perpindahan kalor keluaran dapat dilihat melalui tabel di bawah ini.NoMenurunkan tekanan kondenserVariasi Tekanan Pada Kondensor

3.5 bar1 bar5 bar

1Effisiensi Termal 81,674%20,32 %81,676 %

2Laju massa Uap 173,228 ton/h1057,3 ton/h173,237 ton/h

3

Laju Perpindahan Kalor Masukan 136,291 MW831,85 MW136,298 MW

4Laju massa bahan bakar 28,006 ton/h170,935 ton/h28,007 ton/h

5Laju Perpindahan Kalor Keluaran 25,235 MW664,372 MW25,241 MW

Semakin rendah tekanan yang masuk pada kondenser akan membuat effisiensi pada sistem akan menurun. jika dilihat pada diagram T-S,maka luas area kerja pada siklus akan mengecil dari siklus ideal.

HipotesisHipotesis yang bisa kami tarik dengan melihat serta menganalisa permasalahan yang kami temui adalah:1. Effisiensi sistem akan meningkat ketika memperbesar tekanan yang akan masuk melalui kondenser.2. Cost produksi listrik akan membengkak ketika tekanan yang akan melewati kondenser menurun.