Siklus Rankine
Siklus Rankine
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.
Siklus ini juga disebut model
operasi mesin uap panas yang secara umum ditemukan di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus Rankine adalah batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahari. Siklus Rankine kadang-kadang dikenal sebagai suatu Daur Carnot praktis
ketika suatu turbin efisien digunakan, T diagram akan mulai untuk menyerupai
Daur Carnot. Perbedaan yang utama adalah bahwa suatu pompa digunakan untuk
memberi tekanan cairan sebagai penganti gas. Ini memerlukan sekitar 100 kali
lebih sedikit energy dibanding yang memampatkan suatu gas di dalam suatu
penekan ( seperti di Daur Carnot). suatu siklus thermodynamic mengkonversi
panas ke dalam pekerjaan. Panas disediakan secara eksternal bagi suatu
pengulangan tertutup, yang pada umumnya menggunakan air sebagai cairan. Siklus
ini menghasilkan sekitar 80% dari semua tenaga listrik yang digunakan. Siklus
Rankine juga disebut model operasi mesin uap panas yang secara umum ditemukan di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus Rankine adalah batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahariFluida pada Siklus Rankine mengikuti aliran tertutup dan digunakan secara
konstan. Berbagai jenis fluida dapat digunakan pada siklus ini, namun air
dipilih karena berbagai karakteristik fisika dan kimia, seperti tidak beracun, terdapat dalam jumlah besar,
dan murah. Siklus Rankine adalah 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.
Siklus Rankine kadang-kadang diaplikasikan sebagai siklus Carnot, terutama dalam menghitung efisiensi. Perbedaannya hanyalah siklus ini menggunakan fluida yang bertekanan,
bukan gas. Efisiensi
siklus Rankine biasanya dibatasi oleh fluidanya. Tanpa tekanan yang mengarah pada keadaan super kritis, range temperatur akan cukup kecil. Uap memasuki turbin pada temperatur 565 oC (batas
ketahanan stainless steel) dan kondenser bertemperatur sekitar 30 oC. Hal ini memberikan
efisiensi Carnot secara teoritis sebesar 63%, namun kenyataannya efisiensi pada
pembangkit
listrik tenaga batu bara sebesar 42%.
Dalam siklus Rankine ideal, pompa dan turbin adalah isentropic, yang berarti pompa dan turbin tidak menghasilkan entropi dan memaksimalkan output kerja. Dalam siklus Rankine yang sebenarnya,
kompresi oleh pompa dan ekspansi dalam turbin tidak isentropic. Dengan kata
lain, proses ini tidak bolak-balik dan entropi meningkat selama proses. Hal ini
meningkatkan tenaga yang dibutuhkan oleh pompa dan mengurangi energi yang
dihasilkan oleh turbin. Secara khusus, efisiensi turbin akan dibatasi oleh
terbentuknya titik-titik air selama ekspansi ke turbin akibat kondensasi. Titik-titik
air ini menyerang turbin, menyebabkan erosi dan korosi, mengurangi usia turbin dan efisiensi turbin. Cara
termudah dalam menangani hal ini adalah dengan memanaskannya pada temperatur
yang sangat tinggi.
Efisiensi termodinamika bisa didapatkan dengan meningkatkan temperatur
input dari siklus. Terdapat beberapa cara dalam meningkatkan efisiensi siklus
Rankine, yaitu :
a.
Siklus Rankine
dengan pemanasan ulang
Dalam siklus
ini, dua turbin bekerja secara bergantian. Yang pertama menerima uap dari
boiler pada tekanan tinggi. Setelah uap melalui turbin pertama, uap akan masuk
ke boiler dan dipanaskan ulang sebelum memasuki turbin kedua, yang bertekanan
lebih rendah. Manfaat yang bisa didapatkan diantaranya mencegah uap
berkondensasi selama ekspansi yang bisa mengakibatkan kerusakan turbin, dan
meningkatkan efisiensi turbin.
b.
Siklus Rankine regeneratif
Konsepnya hampir
sama seperti konsep pemanasan ulang. Yang membedakannya adalah uap yang telah
melewati turbin kedua dan kondenser akan bercampur dengan sebagian uap yang
belum melewati turbin kedua. Pencampuran terjadi dalam tekanan yang sama dan
mengakibatkan pencampuran temperatur. Hal ini akan mengefisiensikan pemanasan
primer.
Fluida pada Siklus Rankine mengikuti aliran tertutup dan
digunakan secara konstan. Berbagai jenis fluida dapat digunakan pada siklus
ini, namun air dipilih karena berbagai karakteristik fisika dan kimia, seperti tidak beracun, terdapat dalam jumlah besar,
dan murah
Proses siklus Rankine
Terdapat 4 proses dalam siklus Rankine, setiap siklus
mengubah keadaan fluida (tekanan dan/atau wujud).
a.
Proses 1: Fluida dipompa dari bertekanan rendah ke
tekanan tinggi dalam bentuk cair. Proses ini membutuhkan sedikit input energi.
b.
Proses 2: Fluida cair bertekanan tinggi masuk ke boiler di mana
fluida dipanaskan hingga menjad uap pada tekanan konstan menjadi uap jenuh.
c.
Proses 3: Uap jenuh bergerak menuju turbin,
menghasilkan energi listrik. Hal ini mengurangi temperatur dan tekanan uap, dan
mungkin sedikit kondensasi juga terjadi.
d.
Proses 4: Uap basah memasuki kondenser di mana uap
diembunkan dalam tekanan dan temperatur tetap hingga menjadi cairan jenuh.
Siklus Rankine Organik menggunakan fluida organik
seperti n-pentana atau toluena menggantikan air dan uap. Penggunaan kedua jenis fluida tersebut akan
mengurangi suplai panas yang dibutuhkan karena rendahnya titik didih dari kedua
jenis fluida tersebut sehingga energi matahari sudah cukup untuk mengubah fase fluida tersebut. Meski efisiensi Carnot
akan berkurang, namun pengumpulan panas yang dilakukan pada temperatur rendah
akan mengurangi banyak biaya operasional.
0 komentar:
Posting Komentar