Uap Superpanas dan Diagram Fasa Uap

Uap Superheated

Apabila uap jenuh yang dihasilkan dalam ketel uap dilewatkan melalui permukaan transfer panas, maka suhunya akan mulai meningkat di atas titik penguapan atau jenuh.
Uap disebut superheated jika suhunya lebih tinggi daripada suhu jenuhnya. Derajat superheat berhubungan langsung dengan suhu uap yang dipanaskan di atas suhu jenuh.

Superheat hanya dapat diberikan kepada uap jenuh dan bukan kepada uap yang mengandung kelembaban. Untuk mencapai superheat, uap jenuh harus melewati heat exchanger lain. Heat exchanger untuk superheating ini disebut heat exchanger sekunder dalam ketel. Gas flue panas yang keluar dari ketel dianggap sebagai cara terbaik untuk memanaskan uap jenuh.

Uap superheated digunakan dalam pembangkit listrik tenaga uap untuk menghasilkan tenaga listrik. Dalam turbin uap, uap superheated masuk dari satu ujung dan keluar dari ujung lainnya ke kondensor (mungkin jenis pendingin air atau udara). Perbedaan energi uap superheated antara inlet dan outlet turbin menyebabkan rotor turbin berputar. Terjadi penurunan bertahap energi uap saat melewati rotor turbin.

Oleh karena itu, penting untuk memiliki superheat yang cukup di inlet turbin, untuk menghindari kondensasi uap basah pada bagian akhir rotor turbin.

Secara dasar, rotor turbin uap memiliki beberapa tahap dan uap harus melewati setiap tahap sebelum mencapai kondensor. Jadi, jika superheat yang cukup tidak diberikan pada uap di inlet turbin, maka uap mungkin menjadi jenuh saat mencapai tahap akhir rotor dan kemudian menjadi lebih basah saat melewati setiap tahap selanjutnya.

Uap basah di ujung belakang rotor sangat berbahaya karena dapat menyebabkan Water Hammer dan erosi parah pada tahap akhir bilah turbin. Untuk mengatasi masalah ini, disarankan untuk merancang parameter uap inlet turbin sedemikian rupa sehingga uap superheated diperbolehkan masuk ke inlet turbin dan exhaust turbin dirancang untuk sesuai dengan parameter uap mendekati kondisi jenuh.

Salah satu alasan utama penggunaan uap superheated dalam turbin uap adalah peningkatan signifikan dalam efisiensi termal siklus.

Efisiensi mesin panas dapat ditemukan dengan menggunakan:

Efisiensi Siklus Carnot: Rasio perbedaan suhu antara inlet dan outlet dibandingkan dengan suhu inlet.

Efisiensi Siklus Rankine: Rasio energi panas di inlet dan outlet turbin dibandingkan dengan total energi panas yang diambil dari uap.
2. Contoh perhitungan Siklus Carnot dan Efisiensi Siklus Rankine.
Dijelaskan dengan contoh:
Sebuah turbin diberi suplai uap superheated pada 96 bar pada 490oC. Ujung pembuangan berada pada 0.09 bar dan pada 12% kelembaban.
Suhu uap jenuh adalah: 43.7oC
Tentukan dan bandingkan Efisiensi Siklus Carnot dan Siklus Rankine.
Prosedur untuk menentukan efisiensi siklus Carnot :

Prosedur untuk menentukan efisiensi siklus Rankine :
Di mana,

Panaskan konsendat yang sesuai dengan tekanan pembuangan 0.09 bar dalam KJ/Kg = 183.3
3.
Diagram Fasa-Uap adalah representasi grafis dari data yang disediakan dalam tabel uap. Diagram fasa-uap memberikan hubungan antara enthalpy, suhu yang sesuai dengan berbagai tekanan. Enthalpy cair hf. Ini direpresentasikan oleh garis A-B pada diagram fasa. Ketika air mulai menerima panas dari 0o C, maka ia menerima semua enthalpy cairnya sepanjang garis air jenuh A-B pada diagram fasa

Enthalpy Uap Jenuh (hfg): Penambahan panas lebih lanjut mengakibatkan perubahan fase menjadi uap jenuh dan direpresentasikan oleh (hfg) pada diagram fasa yaitu B-C.

Fraksi Kering (x): Ketika panas diterapkan, cairan mulai mengubah fasa dari cair ke uap dan fraksi kering campuran mulai meningkat, yaitu menuju satu. Pada diagram fasa, fraksi kering campuran adalah 0.5 tepat di tengah garis BC. Sama halnya, pada titik c pada diagram fasa, nilai fraksi kering adalah 1.

Garis C-D Titik c berada pada garis uap jenuh, penambahan panas lebih lanjut mengakibatkan peningkatan suhu uap, yaitu awal dari pemanasan uap superheated yang direpresentasikan oleh garis C-D.
Zona Cair → Wilayah di sebelah kiri garis cair jenuh
Zona Superheat → Wilayah di sebelah kanan garis uap jenuh
Zona Dua Fasa → Area antara garis cair jenuh dan uap jenuh adalah campuran cair dan uap. Campuran dengan fraksi kering yang bervariasi.
Titik Kritis → Ini adalah titik puncak di mana garis cair jenuh dan uap jenuh bertemu. Enthalpy penguapan berkurang menjadi nol di titik kritis, artinya air berubah langsung menjadi uap di titik kritis dan setelahnya.
Suhu maksimum yang dapat dicapai atau ada oleh cairan setara dengan titik kritis.
Parameter Titik Kritis → Suhu 374.15oC
Tekanan → 221.2 bar

Nilai di atas ini adalah nilai super-kritis dan berguna untuk meningkatkan efisiensi siklus rankine.

Pernyataan: Hormati asli, artikel yang bagus layak dibagikan, jika terdapat pelanggaran silakan hubungi untuk menghapus.