Turbin uap memanfaatkan energi fluida berupa entalpi uap dengan tekanan dan temperatur tinggi sesuai siklus Rankine. Siklus ini terdiri atas proses kompresi cairan, pemanasan uap pada tekanan tetap, ekspansi uap, dan pendinginan uap pada tekanan tetap. Efisiensi siklus ditentukan oleh hubungan antara kalor masuk dan keluar.

1. Prepared by: anonymous
Ketel Dan Turbin Uap
TERMODINAMIKA UAP

2. TERMODINAMIKA UAP
Turbin adalah mesin yang mengubah energi fluida menjadi daya
poros, dimana fluida mengalir secara kontinyu melalui sudu-sudu
yang berputar. Turbin uap memanfaatkan energi fluida berupa
entalpi uap yang mempunyai tekanan dan temperatur tinggi. uap
pada umumnya digunakan bersama dengan boiler, pompa dan
kondenser dalam bentuk siklus Rankine yang biasa digunakan pada
PLTU. Berikut ini adalah siklus Renkine sederhana dengan tinjauan
termodinamika. Representasi siklus tersebut pada diagram T-s dapat
dilihat pada Gambar

3. Siklus Pembangkit Tenaga Uap

4. Siklus Pembangkit Tenaga Uap
Proses 1-2: Proses kerja kompresi adiabatik
reversibel (isentropik) cairan jenuh di pompa.
Jika proses 1–2 adalah proses ideal, maka
tidak ada perubahan entropi antara kondisi 1
dan kondisi 2.
Proses 2-3: Proses kalor masuk pada
tekanan tetap di ketel (boiler)
Proses 3-4: Proses kerja ekspansi
adiabatik reversibel (isentropik) uap di
turbin
Proses 4-1: Proses pelepasan kalor pada
tekanan tetap dan reversibel di
kondensor .
Efisiensi termal siklus Rankine
sederhana ideal dapat
dinyatakan dengan persamaan
:

5. Sifat- Sifat Uap Air (Properties of Steam)
Properties utama dari uap air adalah : entalpi, volume jenis dan
entropi, yang besarnya ditentukan oleh tekanan dan atau
temperatur. Sifat- sifat tersebut tersedia dalam bentuk tabel (tabel
uap) dan grafik (diagram Mollier).
Untuk saturated steam, tekanan dan temperatur berpasangan
secara tetap, sehingga untuk mencari harga entalpi, volume jenis
dan entropi hanya membutuhkan satu parameter saja yaitu tekanan
atau temperatur, sedangkan untuk superheated steam dibutuhkan
dua parameter yaitu tekanan dan temperatur, hubungannya
independent. Jika uap masih tercampur dengan air, maka
diperlukan parameter tambahan yaitu ”kualitas”, yaitu fraksi uap
dalam campuran tersebut

6. Proses pembentukan uap
Uap air yaitu uap yang terbentuk diatas permukaan air sebagai
akibat dari penurunan tekanan di atas permukaan air sampai
tekanan penguapan yang sesuai dengan temperatur permukaan air
tersebut pada titik didih dan pada tekanan di bawah tekanan
atmosfir bumi. Penurunan tekanan ini diantaranya disebabkan
karena adanya tekanan uap jenuh yang sesuai dengan temperatur
permukaan air maka akan terjadi penguapan.
Uap panas yaitu uap yang terbentuk akibat mendidihnya air , aliran
mendidih bila tekanan dan temperatur berada pada kondisi didih.
Misalnya bila air tekanan 1 bar maka air tersebut akan mendidih
pada suhu didih (±99,630 C).
Uap yang terbentuk pada tekanan dan temperatur didih disebut uap
jenuh saturasi (saturated steam).

7. Uap Menurut Keadaannya
Menurut keadaannya uap ada tiga jenis, yaitu :
Uap jenuh
Uap jenuh merupakan uap yang tidak mengandung bagian-bagian
air yang lepas dimana pada tekanan tertentu berlaku suhu tertentu.
Uap kering
Uap kering merupakan uap yang didapat dengan pemanas lanjut
dari uap jenuh dimana pada tekanan terbentuk dan dapat diperoleh
beberapa jenis uap kering dengan suhu yang berlainan.
Uap basah
Uap basah merupakan uap jenuh yang bercampur dengan bagian-
bagian air yang halus yang temperaturnya sama.

8. Macam-macam Uap:
Jenisnya dapat dibagi menjadi dua yaitu :
1) Uap Jenuh (saturated steam): uap yang suhunya = titik didihnya
dan bila didinginkan akan menjadi air.
• Uap Jenuh : 1. Uap Jenuh basah( masih mengandung beberapa
prosen air). 2. Uap Jenuh kering (Uap Jenuh yg tidak
mengandung air).
2) Uap panas lanjut (Super heated steam) : Uap Jenuh yang
suhunya dinaikan lebih tinggi dengan tekanan konstan dan
temperaturnya jauh lebih tinggi diatas air mendidih

9. Tenaga Uap
1. Tenaga Thermis : Tenaga Yg dikandung uap dapat langsung
dipakai sebagai bahan pemanas pada proses industri.
2. Tenaga Potensial : Uap dirubah menjadi tenaga mekanik dengan
mesin Uap.
1. Tenaga Kinetis : Uap dirubah menjadi tenaga putar dengan
suatu turbin Uap, selanjutnya digunakan membangkitkan tenaga
listrik

10. diagram Mollier

11. Tabel Air Jenuh (Temperatur)

12. Tabel Air Jenuh (Temperatur)

13. Tabel Air Jenuh (Tekanan)

14. Tabel Air Jenuh (Tekanan)

15. Superheated Water

16. Superheated Water

17. Superheated Water

18. Superheated Water

19. Superheated Water

20. Kualitas Uap
Kualitas juga sering dinyatakan dengan percent steam by weight
(%SBW) setelah dikalikan dengan 100 %. Entalpi (H), entropi (s)
dan volume jenis (v) dari campuran uap dan air dapat ditentukan
dengan :
subskrip f menunjukkan fase cair, g
fase uap sedangkan fg
menunjukkan laten

21. Solution
(a) Perubahan Volume Yang Terjadi
Gunakan Table A-5 at 100 kPa
vfg = vg - vf = 1.6940 – 0.001043 = 1.6930 m3/kg
Thus,
∆V = mvfg = (0.2 kg) (1.6930 m3/kg) = 0.3386 m3
(b) Energi Yang Ditambahkan ke air
hfg = 2258.0 kJ/kg for water at 100 kPa.
mhfg = (0.2 kg)(2258 kJ/kg) = 451.6 kJ.
Massa 200 g air cair jenuh benar-benar menguap pada tekanan konstan
100 kPa. Tentukan (a) perubahan volume dan (b) jumlah energi yang
ditambahkan ke air.
Contoh Soal

22. Tangki yang kaku berisi 10 kg air pada suhu 90 oC. Jika 8 kg
air dalam bentuk cair dan sisanya dalam bentuk uap, tentukan
(a) tekanan di dalam tangki dan (b) volume tangki.
Solution
(a) Tekanan Dalam Tangki
P = Psat@90oC = 70.14 kPa (Table A-4)
(b) Volume Tangki pada saat temperature 90 oC, mempunyai karakter vf =
0.001036 m3/kg and vg = 2.361 m3/kg (Table A-4)
3
33
4.73m
/kg)1m(2kg)(2.36/kg)m36kg)(0.0010(8


 ggffgf vmvmVVV
Contoh Soal

23. (b) Cara Lain
33
3
33
m4.73/kg)mkg)(0.473(10
and
/kgm0.473
/kg]m)001036.0361.2[(/kgm0.001036
2.0
kg10
kg2





mvV
xvvv
m
m
x
fgf
f
g
Solution