Siklus Rankine: Apa itu? (Ideal vs. Aktual + Diagram T-s)

Apa Itu Siklus Rankine?

Siklus Rankine adalah siklus mekanis yang umum digunakan di pembangkit listrik untuk mengubah energi tekanan uap menjadi energi mekanik melalui turbin uap. Komponen utama dari Siklus Rankine termasuk turbin uap berputar, pompa boiler, kondensor statis, dan boiler.

Boiler digunakan untuk memanaskan air menjadi uap pada tekanan dan suhu yang diperlukan sesuai dengan kebutuhan turbin untuk pembangkitan tenaga.

Uap hasil buangan turbin dialihkan ke kondensor aliran radial atau aksial untuk mengkondensasi uap menjadi kondensat dan didaur ulang kembali ke boiler melalui pompa boiler untuk dipanaskan kembali.

Ini mungkin lebih mudah dimengerti jika kita mundur sejenak, dan memahami seperti apa siklus pembangkit listrik tipikal terlihat.

Siklus Pembangkit Listrik Tipikal

Tenaga listrik dihasilkan dengan menggunakan pembangkit listrik siklus uap dengan menggunakan batubara, lignit, solar, minyak bahan bakar berat sebagai bahan bakar tergantung pada ketersediaan dan biaya. Skema aliran siklus uap diberikan di bawah ini:

Seluruh pembangkit listrik dapat dipecah menjadi sub-sistem berikut.

• Sub-sistem A: Dikelompokkan sebagai komponen utama pembangkit listrik (Turbin, Kondensor, Pompa, Boiler) untuk pembangkitan tenaga.

• Sub-sistem B: Dikelompokkan sebagai cerobong asap, tempat gas limbah dibuang ke atmosfer.

• Sub-sistem C: Dikelompokkan sebagai generator listrik untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.

• Sub-sistem D: Dikelompokkan sebagai sistem air pendingin untuk menyerap panas uap yang ditolak di kondensor dan mengubah fase uap menjadi cair (kondensat).

Kita akan menganalisis sub-sistem dalam siklus pembangkit listrik ini yang berkaitan dengan siklus Rankine.

Banyak keterbatasan praktis yang terkait dengan siklus Carnot dapat dengan mudah diatasi dalam siklus Rankine.

Siklus Rankine Ideal

Dalam siklus uap, jika fluida kerja dalam siklus uap melewati berbagai komponen pembangkit listrik tanpa irreversibilitas dan penurunan tekanan karena gesekan, maka siklus tersebut disebut Siklus Rankine Ideal.

Siklus Rankine adalah siklus operasi dasar untuk semua pembangkit listrik di mana fluida kerja secara terus-menerus berubah fasa dari cair ke uap dan sebaliknya.

Diagram (p-h) dan (T-s) sangat berguna dalam memahami cara kerja siklus Rankine bersama dengan deskripsi yang diberikan di bawah ini:

1-2-3 Transfer Panas Isobarik atau Penambahan Panas Konstan Tekanan di Boiler

Boiler adalah penukar panas besar di mana bahan bakar seperti batubara, lignit, atau minyak yang melepaskan panas mentransfer panas secara tidak langsung ke air pada tekanan konstan. Air masuk ke boiler uap dari pompa pengumpan boiler sebagai cairan terkompresi pada keadaan-1 dan dipanaskan hingga suhu saturasi seperti yang ditunjukkan dalam diagram T-s sebagai keadaan-3.

Keseimbangan energi di boiler atau energi yang ditambahkan dalam generator uap,
qin= h3-h1

3-4 Ekspansi Isentropik atau Ekspansi Isentropik di Turbin

Uap dari saluran keluar boiler memasuki turbin pada keadaan 3, di mana ia berekspansi isentropik melalui bilah tetap dan bergerak turbin untuk menghasilkan pekerjaan dalam bentuk rotasi mekanik poros turbin, yang terhubung ke generator listrik.
Pekerjaan yang dihasilkan oleh turbin (Mengabaikan transfer panas dengan lingkungan)
Wturbine out= h3-h4

4-5 Penolakan Panas Isobarik atau Penolakan Panas Konstan Tekanan di Kondensor

Pada keadaan-4, uap memasuki kondensor. Perubahan fase terjadi saat uap dikondensasi menjadi cair pada tekanan konstan di kondensor dengan mentransfer panas uap ke aliran air sirkulasi melalui tabung kondensor. Perubahan fase terjadi di kondensor, dan fluida kerja yang meninggalkan kondensor berada dalam keadaan cair dan ditandai sebagai titik 5.
Energi yang ditolak di kondensor, qout= h4-h5

5-1 Kompresi Isentropik atau Kompresi Isentropik di Pompa

Air keluar dari kondensor pada keadaan 5 dan memasuki pompa. Pompa ini meningkatkan tekanan air dengan memberikan pekerjaan selama proses. Dalam unit ukuran kecil dan volume spesifik rendah, pekerjaan kecil ini dapat diabaikan dibandingkan dengan output pekerjaan turbin uap.
Pekerjaan yang dilakukan pada pompa per kg air, W51= h5-h1.