Pertimbangkan kembali bagian 22. Irreversibilitas pada turbin menyebabkan kualitas uap yang keluar dari turbin menjadi 70 persen. Tentukan efisiensi isentropik turbin dan efisiensi termal siklusnya.
Kunjungi artikel ini untuk melihat soal bagian 22
Konsep Dasar
Ketika terjadi irreversibilitas pada turbin, proses ekspansi tidak lagi berjalan secara ideal (isentropik/entropi konstan), melainkan bergeser ke arah kanan pada diagram $T-s$ akibat adanya generasi entropi ($s_{4a} > s_3$).
- Keadaan 4s (Keluaran Turbin Ideal): Kualitas uap ideal dari perhitungan sebelumnya adalah $x_{4s} = 0.6618$ dengan entalpi $h_{4s} = 1911.52\text{ kJ/kg}$.
- Keadaan 4a (Keluaran Turbin Aktual): Karena adanya gesekan fisis, kualitas uap aktual yang keluar naik menjadi $x_{4a} = 0.70$ ($70\%$). Hal ini membuat entalpi aktualnya ($h_{4a}$) menjadi lebih tinggi daripada entalpi ideal.
Efisiensi Isentropik Turbin ($\eta_t$) adalah rasio yang membandingkan antara kerja aktual yang dihasilkan turbin terhadap kerja maksimum yang bisa dihasilkan jika turbin bekerja secara ideal (isentropik):
$$\eta_t = \frac{w_{\text{turbin, aktual}}}{w_{\text{turbin, ideal}}}$$
$$\eta_t = \frac{h_3 – h_{4a}}{h_3 – h_{4s}}$$
Dengan perhitungan yang telah didapatkan sebelumnya
- $h_1 = 417,46 \text{ kJ/kg}$
- $h_{2s} = 433 \text{ kJ/kg}$
- $h_3 = 2610,5 \text{ kJ/kg}$
- $h_{4s} = 1911,379 \text{ kJ/kg}$
- $w_{pompa} = 15,54 \text{ kJ/kg}$
Kita cari data entalpi pada tekanan $(100 \text{ kPa})$
- $h_f = 417,46 \text{ kJ/kg}$
- $h_g = 2675,5 \text{ kJ/kg}$
- $h_{fg} = 2258,04 \text{ kJ/kg}$
Kita cari entalpi aktual saat keluar turbin
$$h_{4a} = h_f + x_{4a} \cdot h_{fg}$$
$$h_{4a} = 417,46 + 0,70 \cdot 2258,04$$
$$h_{4a} = 417,46 + 1580,628$$
$$h_{4a} = 1998,088 \text{ kJ/kg}$$
(a) Efisiensi Isentropik Turbin ($\eta_t$)
Kita hitung kerja turbin aktual
$$\eta_t = \frac{h_3 – h_{4a}}{h_3 – h_{4s}}$$
$$\eta_t = \frac{2610,5 – 1998,088}{2610,5 – 1911,379}$$
$$\eta_t = \frac{612,412}{699,121}$$
$$\mathbf{\eta_t = 0,8759}$$
(b) Efisiensi Termal Siklus Baru ($\eta_{\text{th}}$)
Kerja pompa tidak berubah sama sekali
$$w_{pompa} = 15,54 \text{ kJ/kg}$$
Kita hitung kerja turbin aktual
$$w_{turbin,a} = h_3 – h_{4a}$$
$$w_{turbin,a} = 2610,5 – 1998,088$$
$$w_{turbin,a} = 612,412 \text{ kJ/kg}$$
Kita hitung kerja neto
$$w_{net,a} = w_{turbin} – w_{pompa}$$
$$w_{net,a} = 612,412 – 15,54$$
$$w_{net,a} = 596,872 \text{ kJ/kg}$$
Kalor masuk tidak berubah sama sekali
$$\mathbf{q_{in} = 2177,5 \text{ kJ/kg}}$$
Kita hitung efisiensi termal
$$\eta_{\text{th}} = \frac{w_{\text{net,a}}}{q_{\text{in}}}
$$\eta_{\text{th}} = \frac{596,872}{2177,5}$$
$$\mathbf{\eta_{\text{th}} = 0,2741}$$
