Siklus Rankine Ideal

Siklus Rankine (Siklus Tenaga Uap Ideal)

Rankine Cycle : The Ideal Cycle for Vapor Power Cycles

Siklus Rankine ideal terdiri dari proses kompresi isentropik pada pompa, penambahan kalor pada tekanan konstan di boiler/ketel, ekspansi isentropik pada turbin, dan pelepasan kalor pada tekanan tetap di kondensor. Skema sistemnya adalah seperti berikut ini:

Sedangkan pernyataan prosesnya pada diagram T-s adalah,

Air masuk pompa pada tingkat keadaan 1 sebagai cairan jenuh kemudian dikompresi secara isentropik sampai tekanan operasi boiler/ketel pada tingkat keadaan 2. Kenaikan temperatur air selama kompresi isentropik seiring penurunan volume spesifik air tersebut. Air masuk boiler sebagai cairan terkompresi (sub-cooled) pada kondisi 2 kemudian mengalami perubahan fasa sampai menjadi uap supe-heat (steam-generator) pada tingkat keadaan 3. Boiler pada dasarnya adalah alat penukar kalor di mana penambahan kalor berasal dari pembakaran gas, reaktor nuklir, atau pun sumber kalor lainnya.

Uap super-heat (panas-lanjut) pada kondisi 3 ini kemudian masuk ke turbin, di mana uap mengalami ekspansi secara isentropik dan menghasilkan kerja untuk memutarkan poros yang umumnya terhubung dengan generator listrik (genset). Tekanan dan temperatur uap/steam turun selama proses tersebut sampai pada tingkat keadaan 4, di mana uap/steam masuk ke kondensor. Pada kondisi 4 ini, biasanya uap/steam berada pada kondisi fasa campuran uap-cairan jenuh dengan kualitas uap yang tinggi. Kondensor pada dasarnya adalah alat penukar kalor di mana kalor dibuang ke medium dingin seperti sungai, danau, atau pun ke udara lingkungan sekitar. Uap meninggalkan kondensor sebagai cairan jenuh yang kemudian masuk pompa untuk melengkapi proses.

Perlu diperhatikan di sini bahwa area di bawah kurva proses pada diagram T-s adalah perpindahan kalor sebagai proses reversibel internal. Sehingga area di bawah proses 2-3 adalah kalor yang ditambahkan ke fluida kerja (dalam hal ini air), sedangkan area di bawah kurva untuk proses 4-1 adalah kalor yang dibuang oleh fluida kerja pada kondensor. Selisih antara keduanya adalah kerja netto yang dihasilkan selama siklus. Agar lebih jelas, ikuti contoh soal berikut ini.

Menaikkan Efisiensi Siklus Rankine

How can we increase the Efficiency of the Rankine Cycle?

Pembangkit tenaga uap banyak digunakan untuk memproduksi tenaga listrik di berbagai belahan dunia, sehingga dengan menaikkan sedikit efisiensi termal berarti penghematan yang besar dari penggunaan bahan bakar. Modifikasi dasar untuk menaikkan efisiensi termal untuk siklus Rankine ideal ini adalah dengan cara menaikkan temperatur rata-rata di mana kalor yang dipindahkan ke fluida kerja pada boiler, atau dengan cara menurunkan temperatur rata-rata di mana kalor dibuang oleh fluida kerja pada kondensor. Secara teknis untuk siklus Rankine ideal ini, cara yang umum dilakukan adalah: (1) menurunkan tekanan kondensor; (2) menjadikan uap superheat pada temperatur yang lebih tinggi; dan (3) menaikkan tekanan boiler.

Agar lebih jelas, ikuti contoh soalberikut ini.