Pertimbangkan kembali bagian 33. Berapa efisiensi termal dari siklus tersebut berubah ketika suhu pada masuk ke turbin tekanan rendah dinaikkan menjadi 550°C?
Konsep Dasar
Ketika suhu masuk ke turbin tekanan rendah ($T_5$) dinaikkan secara signifikan menjadi $550^\circ\text{C}$, uap membawa energi termal yang jauh lebih besar sebelum ekspansi tahap kedua. Hal ini memberikan dua dampak utama pada siklus:
- Total Kalor Masuk ($q_{\text{in}}$) Meningkat: Reheater harus membakar lebih banyak bahan bakar untuk menaikkan suhu dari sekitar $222^\circ\text{C}$ ($h_4$) menuju $550^\circ\text{C}$ ($h_5$ baru).
- Usaha Turbin Tekanan Rendah Meningkat: Penurunan entalpi aktual di turbin kedua menjadi jauh lebih besar, sehingga meningkatkan total usaha bersih ($w_{\text{net}}$) yang dihasilkan siklus.
Secara teoritis, menaikkan suhu reheat rata-rata akan meningkatkan efisiensi termal keseluruhan siklus karena menambahkan panas pada temperatur rata-rata yang lebih tinggi (sesuai prinsip termodinamika siklus Carnot).
Identifikasi Data
Sebagian besar nilai entalpi dari perhitungan sebelumnya tetap sama, kecuali untuk Keadaan 5 (keluar reheater) dan Keadaan 6 (keluar turbin LP).
Data tetap:
- $h_1 = 340,49 \text{ kJ/kg}$
- $h_2 = 356,176 \text{ kJ/kg}$
- $h_3 = 3421,4 \text{ kJ/kg}$
- $h_4 = 2845,322 \text{ kJ/kg}$
Keadaan Kelima
Kita cari nilai entalpi pada $2 \text{ MPa}$ keadaaan Superheated Vapor
- $$s_5 = 7,5699 \text{ kJ/kg} \cdot \text{ K}$$
- $$h_5 = 3578,433 \text{ kJ/kg}$$
Keadaan Keenam
Kita cari nilai entalpi pada $50 \text{ kPa}$
- $$s_6 = 7.5699 \text{ kJ/kg} \cdot \text{ K}$$
- $$h_f = 340,49 \text{ kJ/kg}$$
- $$h_g = 2645,9 \text{ kJ/kg}$$
- $$h_{fg} = 2305,41 \text{ kJ/kg}$$
- $$s_f = 1,0910 \text{ kJ/kg}$$
- $$s_g = 7,5939 \text{ kJ/kg}$$
- $$s_{fg} = 6,5029 \text{ kJ/kg}$$
Karena $s_f < s_6 < s_g$ ($1,0910 < 7,5699 < 7,5939$), maka keadaan 6 berwujud campuran basah (uap+air). Kita hitung kualitas uapnya ($x_6$):
$$s_6 = s_f + x_6 \cdot s_{fg}$$
$$7,5699 = 1,0910 + x_6 \cdot 6,5029$$
$$6,4789 = x_6 \cdot 6,5029$$
$$x_6 = \frac{6,4789}{6,5029}$$
$$x_6 = 0,9963$
Kita hitung data entalpi pada saat tekanan rendah $50 \text{ kPa}$
- $h_f = 340,49 \text{ kJ/kg}$
- $h_g = 2645,9 \text{ kJ/kg}$
- $h_{fg} = 2305,41 \text{ kJ/kg}$
Kita cari nilai dari entalpi
$$h_6 = h_f + x_6 \cdot h_{fg}$$
$$h_6 = 340,49 + 0,9963 \cdot 2305,41$$
$$h_6 = 340,49 + 2296,879$$
$$h_6 = 2637,369 \text{ kJ/kg}$$
Perhitungan Efisiensi Termal
Untuk menghitung kalor masuk, kita menggunakan rumus
$$q_{in} = (h_3 – h_2) + (h_5 – h_4)$$
$$q_{in} = (3421,4 – 356,176) + (3578,433 – 2845,532)$$
$$q_{in} = 3065,224 + 732,901$$
$$q_{in} = 3798,125 \text{ kJ/kg}$$
Untuk menghitung kalor keluar, kita menggunakan rumus
$$q_{out} = h_6 – h_1$$
$$q_{out} = 2637,369 – 340,49$$
$$q_{out} = 2296,879$$
Efisiensi Termal bisa dicari dengan menggunakan rumus
$$\eta_{th} = 1 – \frac{q_{out}}{q_{in}}$$
$$\eta_{th} = 1 – \frac{2296,879}{3798,125}$$
$$\eta_{th} = 1 – 0,6047$$
$$\mathbf{\eta_{th} = 0,3953}$$
