Penyelesaian No. 1 Latihan Soal Bab 6. Hukum II TermodinamikaSemester Ganjil 2014/2015

Pada proses produksi energi listrik, suatu PLTD bekerja dengan cara menyerap sejumlah panas dari hasil pembakaran minyak solar sebagai sumber panas (heat source). Efisiensi termal dari PLTD tersebut adalah 45%. Untuk setiap per kWh energi listrik yang diproduksi: (a) berapa biaya bahan bakar, (b) tentukan panas yang dibuang dari PLTD ke heat sink, (c) jika sejumlah panas yang terbuang tersebut dimanfaatkan untuk mendidihkan air pada tekanan 1 atm (suhu awal air 25oC) berapa liter air yang dapat dididihkan. Data dari minyak solar: harga Rp. 4500/liter, heating value 42,8 MJ/kg, densitas 850 kg/m3.

Penyelesaian:Kasus terkait dengan konversi bentuk-bentuk energi sbb.:

Energi kimia (dalam minyak solar) energi panas kerja energi listrik

terjadi di heat source di heat enginedi electrical generator

Di ketiga bagian pada PLTD tersebut, umumnya pengkonversian antar bentuk energi tidak bisa terjadi secara sempurna (efisiensi 100%). Di heat engine, sesuai pernyataan pada soal, konversi panas kerja terjadi dg efisiensi termal, t, 45%. Di heat source dan electrical generator, karena tidak tersedia data efisiensi, maka dimunculkan asumsi-asumsi sbb.: - konversi reaksi pembakaran minyak solar dengan udara: 100% transfer panas dari heat source ke heat engine berlangsung dengan efisiensi 100% di electrical generator, seluruh kerja terkonversi menjadi energi listrik.Ilustrasi proses pembangkitan listrik di PLTD tsb. adalah sbb.:

Heat Source(combt. of diesel oil)Thermal power plant, t = 0.45QH QC Heat Sink, (water, 1 atm)WnetElectrical generatorEelect. =1 kWh

Dengan efisiensi di electrical generator 100%, maka:Elistrik = Wnet = 1 kWhBerdasarkan rumusan dasar efisiensi termal, dapat dihitung panas yang dibutuhkan/diserap oleh fluida kerja dalam heat engine sbb.:

Dengan asumsi efisiensi transfer panas dari heat source ke fluida kerja dalam heat engine dan konversi reaksi pembakaran minyak solar adalah 100%, maka:QH HVsolar (HV = heating value)

Hubungan keduanya secara lengkap adalah:QH = (m HV)solarsehingga massa minyak solar yang dibutuhkan dapat dihitung sbb.:Dengan dan harga dasar solar masing-masing adalah 850 kg/m3 dan Rp 4500,-/liter, biaya bahan bakar (untuk pembelian minyak solar) dapat ditentukan sbb.:

Kuantitas panas yang dibuang ke heat sink ditentukan dengan hukum kekekalan energi sbb.:

QH = Wnet + QC dengan QC = jumlah panas yang dibuang ke heat sinkBerdasarkan data yang tersedia,QC = QH - Wnet = (8 3,6) MJ = 4,4 MJ = 4400 kJJika panas yang dibuang dari heat engine ke heat sink tersebut dimanfaatkan untuk mendidihkan air yang suhu awalnya 25oC pada tekanan 1 atm, dengan asumsi air dan cP,air masing-masing sebesar 1 kg/L dan 4,18 kJ/(kg K), maka banyaknya air yang dapat dididihkan adalah sbb.:

======= selesai#HR#Nov2014 =======