termo siklus rankine
TRANSCRIPT
Siklus Rankine
Pengertian
Siklus Rankine adalah sebuah siklus yang mengkonversi energi panas menjadi kerja / energi gerak.Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya menggunakan air sebagai fluida yang bergerakDikembangkan oleh William John Macquorn Rankine pada abad ke-19 dan sejak saat itu banyak diaplikasikan pada mesin-mesin uap. Saat ini, siklus rankine digunakan pada pembangkit-pembangkit listrik dan memproduksi 90% listrik dunia.
Turbin. Uap dari boiler pada kondisi 1, yang berada pada temperatur dan tekanan yang sudah dinaikkan berekspansi melalui turbin untuk menghasilkan kerja kemudian dibuang ke condenser pada kondisi 2 dengan tekanan yang lebih rendah. Keluaran yang masuk ke dalam turbin adalah steam (Moran&Shapiro, 2000). (Jika masih dalam keadaan liquid atau kandungan liquid masih banyak dan masuk ke dalam turbin maka turbin akan cepat rusak disebabkan oleh tumbukan partikel air yang lebih besar dibanding steam yang akan merusak putaran kipas turbin).
Kondenser. Dalam kondenser terjadi perpindahan kalor dari uap ke air pendingin yang mengalir dalam aliran yang terpisah. Uap terkondensasi dan temperature air dingin meningkat.
Pompa. Kondensat cair yang meninggalkan kondenser pada kondisi 3 berupa liquid dipompa masuk ke dalam boiler yang bertekanan lebih tinggi.
Boiler. Fluida kerja menyelesaikan siklus ketika cairan yang meninggalkan pompa pada kondisi 4 yang disebut air pengisian, dipanaskan sampai jenuh dan diuapkan dalam boiler.
Beberapa proses yang berlangsung pada masing-masing alat adalah :Kerja pompa :
Dimana ν adalah volume spesifik yang besarnya
Kalor masuk ke boiler :
Kerja yang dihasilkan turbin uap :
Kalor yang dibuang oleh kondensor :
Pada siklus rankine, air ini mengalami empat proses sesuai dengan gambar di atas, yaitu:
•Proses C-D: Fluida kerja / air dipompa dari tekanan rendah ke tinggi, dan pada proses ini fluida kerja masih berfase cair sehingga pompa tidak membutuhkan input tenaga yang terlalu besar. Proses ini dinamakan proses kompresi-isentropik karena saat dipompa, secara ideal tidak ada perubahan entropi yang terjadi.•Proses D-F: Air bertekanan tinggi tersebut masuk ke boiler untuk mengalami proses selanjutnya, yaitu dipanaskan secara isobarik (tekanan konstan). Sumber panas didapatkan dari luar seperti pembakaran batubara, solar, atau juga reaksi nuklir. Di boiler air mengalami perubahan fase dari cair, campuran cair dan uap, serta 100% uap kering.•Proses F-G: Proses ini terjadi pada turbin uap. Uap air kering dari boiler masuk ke turbin dan mengalami proses ekspansi secara isentropik. Energi yang tersimpan di dalam uap air dikonversi menjadi energi gerak pada turbin.•Proses G-C: Uap air yang keluar dari turbin uap masuk ke kondensor dan mengalami kondensasi secara isobarik. Uap air diubah fasenya menjadi cair kembali sehingga dapat digunakan kembali pada proses siklus.
Efisiensi Termal
Dalam termodinamika, efisiensi termal adalah ukuran tanpa dimensi yang menunjukkan performa peralatan termal seperti mesin pembakaran dalam dan sebagainya. Panas yang masuk adalah energi yang didapatkan dari sumber energi. Output yang diinginkan dapat berupa panas atau kerja, atau mungkin keduanya.
Jadi, termal efisiensi dapat dirumuskan dengan
Mesin kalorKetika mengubah energi termal menjadi energi mekanik (kerja), efisiensi termal dari mesin kalor adalah persentase dari energi panas yang ditransformasikan menjadi kerja. Efisiensi termalnya didefinisikan dengan
Konversi energiUntuk alat konversi seperti pemanas ruangan, boiler, atau pembakar, efisiensi termalnya dirumuskan dengan
ContohSehingga untuk boiler yang memproduksi 210 kW panas dengan input 300 kW bahan bakar memiliki efisiensi sebesar 210/300=0,70, atau 70%. Ini berarti, 30% energi terbuang ke lingkungan.
Efisiensi thermal siklus Rankine ideal sederhana dapat dihitung :
Dimana
Back Work Ratio
Parameter lain yang digunakan untuk menunjukkan performa pembangkit tenaga adalah back work ratio, bwr, didefenisikan sebagai perbandingan kerja input pompa terhadap kerja yang dihasilkan turbin. Back work ratio untuk siklus daya :
=
dimana =