Ads 720 x 90

Prinsip Kerja Siklus Rankine: Siklus Ideal Turbin Uap

Siklus pembangkitan tenaga uap terdiri dari pompa, generator uap (boiler), turbin, dan kondenser dimana fluida kerjanya (umumnya adalah air) mengalami perubahan fasa dari cair (liquid) ke uap (vapor) atau sebaliknya selama menjalani siklus. Pembangkit tenaga uap umumnya digunakan dalam penggerak kapal, utilitas (penggerak pompa dan kompresor), juga penghasil daya listrik (PLTU, PLTN, PTLP, dll). Turbin gas memiliki beberapa kelebihan seperti: biaya operasional murah karena dapat menggunakan bahan bakar dengan kualitas rendah, dan dapat menyediakan uap untuk proses dalam industri. Selain memiliki kelebihan, turbin uap ini juga memiliki kekurangan seperti: biaya investasi yang mahal karena ukurannya sangat besar, susah dipindahkan dan di-install, dan butuh waktu cukup lama untuk starting.

Uap air atau yang biasa dikenal Steam adalah fluida kerja paling umum yang digunakan dalam siklus tenaga uap karena banyak karakteristik yang diinginkan, seperti biaya rendah, ketersediaan yang melimpah, dan entalpi penguapan yang tinggi.  Pembangkit listrik tenaga uap umumnya disebut sebagai pembangkit batubara, pembangkit nuklir, atau pembangkit gas alam, tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan untuk memasok panas ke uap. Namun uapnya melewati siklus dasar yang sama di semua dari mereka. Karena itu, semua bisa dianalisis dengan cara yang sama.

Prinsip Kerja Siklus Rankine
siklus rankine boiler kompresor pompa kondenser cara prinsip kerja
Gambar 1. Skema siklus rankine
Sumber: Thermodynamics An Engineering Approach.
Banyak ketidakpraktisan dalam siklus Carnot yang dapat dieliminasi dengan memanaskan uap dalam boiler dan mengondensasikan sepenuhnya dalam kondensor, seperti yang ditunjukkan secara skematis pada diagram T-s pada gambar 2. Siklus yang dihasilkan adalah siklus Rankine, yang merupakan siklus ideal untuk pembangkit listrik tenaga uap. Siklus Rankine yang ideal tidak melibatkan irreversible internal (gesekan antara fluida dengan pipa diabaikan, dll) dan terdiri dari empat proses berikut:

1-2 Kompresi isentropis dalam pompa
2-3 Penambahan panas secara isobaris dalam boiler
3-4 Ekspansi isentropis dalam turbin
4-1 Pelepasan panas secara isobaris di kondensor

diagram temperatur entropi siklus rankine ideal
Gambar 2. Diagram T-s Siklus Rankine
Sumber: Thermodynamics An Engineering Approach
Air memasuki pompa pada keadaan (1) sebagai saturated liquid dan dikompresi isentropis dengan tekanan operasi boiler. Suhu air meningkat selama proses kompresi isentropis karena sedikit penurunan volume air tertentu. Lalu air memasuki boiler sebagai cairan terkompresi pada keadaan (2) dan daun sebagai saturated vapor pada kondisi (3). Boiler pada dasarnya adalah alat penukar panas (heat exchanger) yang besar dimana panas yang berasal dari gas pembakaran, reaktor nuklir, atau sumber lainnya ditransfer ke air pada tekanan konstan. Dalam boiler, bersama dengan bagian dimana uap itu dipanaskan (superheated), sering disebut generator uap. Superheated vapor memasuki turbin pada keadaan (3), berekspansi secara isentropis dan menghasilkan kerja dengan memutar poros yang terhubung dengan generator listrik. Tekanan dan suhu vapor turun selama proses ini ke keadaan (4), dimana vapor memasuki kondensor. Pada kondisi ini, steam biasanya terdiri dari campuran saturated liquid-vapor dengan kualitas tinggi. Uap terkondensasi pada tekanan konstan di kondensor, yang pada dasarnya merupakan heat exchanger besar, dengan membuang panas ke media pendingin seperti danau, sungai, atau lingkungan. Uap meninggalkan kondensor sebagai saturated-liquid dan masuk ke pompa.

Daftar Pustaka:
Cengel, Y. and Boles, M. (2015) Thermodynamics An Engineering Approach. 8th Edition, McGraw-Hill

Related Posts

Post a Comment

Subscribe Our Newsletter