Siklus Rankine: Apakah itu? (Ideal berbanding Aktual + Rajah T-s)
Apakah Siklus Rankine?
Siklus Rankine adalah satu siklus mekanikal yang biasa digunakan di loji janakuasa untuk menukar tenaga tekanan uap menjadi tenaga mekanikal melalui turbin uap. Komponen utama Siklus Rankine termasuk turbin uap berputar, pam boiler, kondenser statik, dan boiler.
Boiler digunakan untuk memanaskan air untuk uap pada tekanan dan suhu yang diperlukan mengikut keperluan turbin untuk penjanaan kuasa.
Eksauhan turbin diarahkan ke kondenser aliran radial atau aksial untuk mengembun uap menjadi kondensat dan didaur semula kembali ke boiler melalui pam boiler untuk dipanaskan semula.
Ini mungkin lebih masuk akal jika kita mundur sebentar, dan memahami bagaimana siklus loji janakuasa yang biasa terlihat.
Siklus Loji Janakuasa Biasa
Kuasa elektrik dihasilkan dengan menggunakan loji janakuasa siklus uap dengan menggunakan arang batu, lignit, diesel, minyak tungku berat sebagai bahan api bergantung kepada ketersediaan dan kos. Skema aliran siklus uap diberikan di bawah:
Seluruh loji janakuasa boleh dipecahkan kepada sub-sistem berikut.
Sub-sistem A: Dikelaskan sebagai komponen utama loji janakuasa (Turbin, Kondenser, Pam, Boiler) untuk penjanaan kuasa.
Sub-sistem B: Dikelaskan sebagai cerobong asap, dari mana gas buangan dibuang ke atmosfera.
Sub-sistem C: Dikelaskan sebagai penjana elektrik untuk menukar tenaga mekanikal menjadi tenaga elektrik.
Sub-sistem D: Dikelaskan sebagai sistem air pendingin untuk menyerap haba uap yang ditolak di kondenser dan mengubah fasa uap menjadi cecair (kondensat).
Kita akan menganalisis sub-sistem dalam siklus loji janakuasa ini yang berkaitan dengan siklus Rankine.
Banyak batasan praktis berkaitan dengan siklus Carnot dapat dengan mudah diatasi dalam siklus Rankine.
Siklus Rankine Ideal
Dalam siklus uap, jika fluia kerja dalam siklus uap melalui pelbagai komponen loji janakuasa tanpa ketidakreversibilitas dan jatuh tekanan friksi, maka siklus itu disebut Siklus Rankine Ideal.
Siklus Rankine adalah siklus operasi asas bagi semua loji janakuasa di mana fluia kerja berubah fasa secara berterusan dari cecair ke uap dan sebaliknya.
Diagram (p-h) dan (T-s) berguna untuk memahami cara kerja siklus Rankine bersama dengan penerangan yang diberikan di bawah:
1-2-3 Penyerapan Haba Isobarik atau Penambahan haba pada tekanan tetap di boiler
Boiler adalah sebuah penukar haba besar di mana bahan api seperti arang, lignit, atau minyak mentransfer haba secara tidak langsung kepada air pada tekanan tetap. Air memasuki boiler dari pam boiler sebagai cecair terkompresi pada keadaan-1 dan dipanaskan hingga suhu saturasi seperti yang ditunjukkan dalam diagram T-s sebagai keadaan-3.
Keseimbangan tenaga dalam boiler atau tenaga yang ditambah dalam penjana uap,
qin= h3-h1
3-4 Ekspansi Isentropik atau Ekspansi isentropik dalam turbin
Uap dari saluran keluar boiler memasuki turbin pada keadaan 3, di mana ia berekspansi isentropik melalui bilah tetap dan bergerak turbin untuk menghasilkan kerja dalam bentuk putaran mekanikal poros turbin, yang terhubung dengan penjana elektrik.
Kerja yang dihasilkan oleh turbin (Mengabaikan pemindahan haba dengan sekitar)
Wturbine out= h3-h4
4-5 Penolakan Haba Isobarik atau Penolakan haba pada tekanan tetap di kondenser
Pada keadaan-4, uap memasuki kondenser. Perubahan fasa berlaku sebagai uap dikondensasikan menjadi cecair pada tekanan tetap di kondenser dengan mentransfer haba uap kepada aliran air sirkulasi melalui tiub kondenser. Perubahan fasa berlaku di kondenser, dan fluia kerja yang meninggalkan kondenser berada dalam keadaan cecair dan ditandai sebagai titik 5.
Haba yang ditolak di kondenser, qout= h4-h5
5-1 Kompresi Isentropik atau Kompresi isentropik dalam pam
Air meninggalkan kondenser pada keadaan 5 dan memasuki pam. Pam ini meningkatkan tekanan air dengan memberikan kerja semasa proses. Dalam unit ukuran kecil dan spesifik volume rendah, kerja kecil ini boleh diabaikan berbanding dengan hasil kerja turbin uap.
Kerja yang dilakukan pada pam per kg air, W51= h5-h1.
