Seminar Fisika "Analisis Siklus Rankine Dalam sistem Tenaga Uap"

Termodinamika adalah ilmu tentang energi, yang secara spesifik membahas tentang hubungan antara energi panas dengan kerja. Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, baik secara alami maupun hasil rekayasa teknologi. Selain itu energi di alam semesta bersifat kekal, tidak dapat dibangkitkan atau dihilangkan, yang terjadi adalah perubahan energi dari satu bentuk menjadi bentuk lain tanpa ada pengurangan atau penambahan. Hal ini erat hubungannya dengan hukum – hukum dasar pada termodinamika.

Gambar. Komponen komponen sistem pembangkit tenaga uap sederhana

Sistem pembangkit tenaga uap dibagi menjadi 4 subsistem. Dimana inti dari sistem ini adalah perubahan dari panas ke kerja, yang terletak pada subsistem A. 

Sistem pembangkit daya tenaga uap merupakan salah satu mesin kalor dengan sistem pembakaran luar. Pembakaran dilakukan di luar mesin untuk menghasilkan energi panas yang kemudian ditransfer ke uap. Energi input tersebut kemudian sebagian diubah menjadi kerja oleh turbin dan sebagian lagi dilepas ke lingkungan yang memiliki temperatur yang lebih rendah. Secara skematik mesin kalor dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 1.2. Skema Mesin Kalor

Sumber : YA Cengel dan MA Boles, 2005

Siklus Carnot merupakan siklus yang paling efisien yang beroperasi diantara dua batas temperatur. Penerapan siklus Carnot untuk sistem tenaga uap dan diagram hubungan T-s dapat dilihat pada gambar dibawah ini

Proses-proses dari siklus tenaga uap Carnot adalah : 

1-2 : Kompresi secara isentropik (s=konstan) pada pompa. 

2-3 : Pemasukan kalor secara isotermis (T=konstan) pada boiler. 

3-4 : Ekspansi secara isentropik (s=konstan) pada turbin. 

4-1 : Proses pembuangan kalor secara isotermis (T=konstan) pada Kondenser.

Gambar 1.3. Siklus Tenaga Uap Carnot

Sumber : YA Cengel dan MA Boles, 2005.

Meskipun siklus Carnot merupakan siklus yang paling efisien, akan tetapi kurang cocok untuk diterapkan pada sistem tenaga uap. Beberapa hal yang membatasi penerapan siklus Carnot pada sistem tenaga uap adalah: 

1. Proses pemasukan dan pembuangan kalor yang dilakukan secara isothermal hanya mudah dilakukan ketika berada pada daerah perubahan fase cair-uap. Pada kenyataannya daerah perubahan fase cair-uap sangat terbatas, sehingga membatasi daerah kerja sistem tenaga uap apabila menggunakan siklus Carnot. Selain dari itu keterbatasan temperatur maksimum juga akan membatasi efisiensi termal dari siklus Carnot. 

2. Proses kompresi dan ekspansi isentropik pada Pompa dan Turbin dilakukan pada kondisi uap campuran (uap basah). Kandungan uap pada liquid tentunya kurang baik bagi kerja pompa, sebaliknya adanya kandungan cairan kurang baik juga untuk kerja turbin. 

Kekurangan-kekurangan tersebut yang mengakibatkan siklus Carnot menjadi kurang realistik atau tidak dapat diterapkan dalam sistem tenaga uap Beberapa kesulitan yang terkait dengan permasalahan teknis dari siklus Carnot dapat dipecahkan dengan merubah beberapa proses dan juga daerah operasional dari sistem tenaga uap. 

Siklus Rankine merupakan solusi dari keterbatasan siklus Carnot untuk diterapkan pada sistem tenaga uap Siklus Rankine kadang-kadang dikenal sebagai suatu Daur Carnot praktis ketika suatu turbin efisien digunakan. Perbedaan yang utama adalah bahwa suatu pompa digunakan untuk memberi tekanan cairan sebagai pengganti gas. Ini memerlukan sekitar 100 kali lebih sedikit energi dibanding yang memampatkan suatu gas di dalam suatu penekan ( seperti di Daur Carnot).

Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya menggunakan air sebagai fluida yang bergerak. Siklus ini menghasilkan 80% dari seluruh energi listrik yang dihasilkan di seluruh dunia. Siklus ini dinamai untuk mengenang ilmuwan Skotlandia, William John Maqcuorn Rankine.

Sistem siklus Rankine terdiri atas empat komponen, yaitu:

1.    Pompa

2.    Boiler

3.    Turbin

4.    Kondenser

Proses 1-2 : Fluida kerja (misalnya air) dipompa dari tekanan rendah ke tekanan tinggi. Pada tahap ini fluida kerja berfase cair sehingga hanya membutuhkan energi yang relatif kecil untuk proses pemompaan.

Proses 2-3 : Air bertekanan tinggi memasuki boiler untuk dipanaskan. Di sini air berubah fase menjadi uap jenuh. Proses ini berlangsung pada tekanan konstan.

Proses 3-4: Uap jenuh berekspansi pada turbin sehingga menghasilkan kerja berupa putaran turbin. Proses ini menyebabkan penurunan temperatur dan tekanan uap, sehingga pada suhu turbin tingkat akhir kondensasi titik air mulai terjadi.

Proses 4-1:  Uap basah memasuki kondenser dan didinginkan sehingga semua uap berubah menjadi fase cair. Air dipompakan kembali (Proses 1-2)

Uraian materi diatas, adalah sekedar review/ ringkasan dari makalah saya. Untuk  Pembahasan Lebih lengkap mengenai Analisis Siklus Rankine pada sistem Tenaga Uap bisa kalian lihat pada Tampilan dibawah ini

Atau bisa kalian download makalah lengkap yang membahas Analisis Siklus Rankine dalam sistem pembangkit tenaga Uap Disini

Sekian , Semoga bermanfaat