Termodinamika - Siklus Rankine

SIKLUS RANKINE

Siklus rankine dimanfaatkan dalam sistem pembangkit tenaga uap yang merupakan penerapan termodinamika teknik yang memanfaatkan perubahan sifat-sifat air (uap) sebagai media dalam memperoduksi energi berguna. Menurut Cengel (2002), uap air (steam) merupakan fluida kerja paling umum digunakan pada sistem pembangkit tenaga uap karena memliki karakteristik menguntungkan seperti biaya rendah (low cost), mudah didapatkan (availability), dan entalpi penguapan yang tinggi (high enthalpy of vaporization)

1.Komponen Sistem Pembangkit Tenaga Uap
Secara umum pusat pembangkit tenga uap menggunakan air sebagai fluida kerja, dengan bahan bakar yang dapat divariasikan sebagai  energi input misalnya bahan bakar minyak, batu bara, bahan bakar dari tumbuhan, panas reaksi nuklir, dll.

2.Penerapan Siklus Rankine

Instalasi pembangkit tenaga uap seperti dijelaskan di atas merupakan penerapan konsep siklus termodinamika yang dikenal sebagai Siklus Rankine. Siklus ini memanfaatkan air (H2O) sebagai fluida kerja.

Asumsi-asumsi / Normalisasi :
Setiap komponen merupakan volume atur dengan satu sisi masuk dan satu sisi keluar yang beroperasi pada keadaan tunak (steady state)

Proses:

1-2 proses ekspansi  dalam turbin  S = C 

2-3 Proses perubahan fasa uap jadi fasa cair (pengeluaran kalor) dalam kondensor P = C

3-4 Proses kopmpresi dalam pompa  S = C

4-1 Proses penguapan (pemasukan kalor) dalam boiler

Persamaan kesetimbangan massanya menjadi:

m1 = m2 = m3 = m4 = m

Transfer energi dalam bentuk kerja dan kalor pada masing-masing komponen proses adalah sbb:

Penerimaan Kalor pada Boiler

Qin = m (h1 -h4)

Kerja Berguna pada Turbin

Wt = m (h1 - h2)

Pelepasan Kalor pada Kondensor

Qout = m (h2 - h3)

Kerja Input pada Pompa

Wp = m (h4 - h3) atau

3.Kerja dan Efisiensi Isentropis

Wt = m (h1 -h2s)

Wp = m (h4s - h3)

Efisiensi Isentropis Turbin

Efisiensi Isentropis Pompa

Instalasi pembangkit tenaga uap sederhana

Normalisasi Siklus Rankine Ideal adalah sbb:

Proses 1-2: 

Ekspansi isentropik dari fluida kerja yang melalui turbin dari uap jenuh pada keadaan 1 menuju tekanan kondensor keadaan 2.

Proses 2-3:

Perpindahan kalor dari fluida kerja yang mengalir pada tekanan konstan di dalam kondensor hingga mencapai cairan jenuh pada keadaan 3.

Proses 3-4:

Kompressi isentropik di dalam pompa menuju keadaan 4 pada daerah cairan terkompressi.

Proses 4-1:

Perpindahan kalor ke fluida kerja yang mengalir melalui boiler pada tekanan konstan hingga mencapai siklus yang lengkap.

4.Boiler Calculation

a. Panas yang ditransfer untuk pembentukan uap

h1 = entalpi spesifik uap

h4 = entalpi spesifik air pengisi boiler 

Panas yang ditrasfer unuk membentuk 1 kg uap  di dalam boiler :

Quap 1kg uap = (h1 - h4) (kJ)

b. Energi yang diterima dari bahan bakar

Energi yang dihasilkan oleh bahan bakar tergantung dari massa (m) dan Nilai kalor pembakaran (CV) bahan bakar 

Q = mbb CV (kJ)

c. Efisiensi termal boiler

Efisiensi boiler ditentukan oleh perbandingan kalor yang ditransfer untuk menghasilkan 1 kg uap dengan energi yang dibangkitkan oleh bahan bakar 

Rendmn thermal Boiler = Energi utk Uap 

                                              Energi b. bakar

Rendemen termal Boiler = ms (h1 - h4)

                                                 (mbb CV

ms = laju massa uap persatuan waktu

m = laju massa bahan bakar yang digunakan pada waktu yang bersamaan waktu

Entalpi spesifik  uap air pada suhu 100oC = 2256,9 kJ/kg

Tabel Cair dan Uap

Entalpi spesfik :

h = (1 - x)hf + hg

h = hf + xh fg

h = hg - (1 - x)h fg

Energi dalam spesfik :

u = (1 - x)uf + xug

u = uf + xufg

u = ug - (1 - x)u fg

Nilai sifat-sifat volume spesifik (v), energi dalam spesifik (u), entalpi spesifik (h), dan entropi spesifik (s), sebagai fungsi dari tekanan (p) dan temperatur (T) untuk; uap air diberikan pada Tabel A-2 yang dikenal sebagai tabel uap panas lanjut (superheated vapor), sedangkan untuk cairan air pada Tabel A-3 dikenal sebagai tabel cairan tekan (compressed liquid) 

Tabel A-4 Sifat-Sifat Air Uap Panas Lanjut (contoh)

Tabel A-5 Sifat-Sifat Air Cairan Tekan (contoh)

Perhatikan: untuk uap panas lanjut (superheated vapor) temperatur minimumnya adalah temperatur jenuh (Tsat.), sedangkan untuk cairan tekan (compressed liquid) temperatur jenuh (Tsat) sebagai temperatur maksimum.

BBM Nilai Kalor (LHV)( kKal/kg) Nilai Kalor (HHV)(kJ/kg)

Minyak Tanah                  11100          46176

Minyak Duesel                 10800         44928

Myk dsl ringan LDO         10700         44512

MDO (marine dsl Oil)           8217        34183

Minyak Tungku                  10500          43680

Sumber : Marine Engine Diesel

Bagikan di Facebook

Bagikan di Twitter

Bagikan di Google+

Bagikan di LinkedIn