Pada mesin uap dan turbin uap, air sebagai benda kerja mengalami deretan perubahan keadaan. Untuk merubah air menjadi uap digunakan suatu alat dinamakan boiler. Boiler menerima panas dari sumber panas atau dapur, panas tersebut digunakan untuk memanaskan air didalam boiler agar dieroleh uap. Kadang-kadang uap yang keluar dari boiler dipanaskan lagi dengan superheateragar diperoleh uap dengan temperatur yang lebih tinggi. Panas untuk superheaterdiambil dari dapur dan superheater dihubungkan langsung dengan boiler.
Gambar 2.1. Skema Diagram Aliran Uap Dan Cairan Pada Mesin/Turbin Uap.
Uap yang keluar dari superheater kemudian mengalir ke mesin uap atau turbin uap dan tenaga uap dirubah menjadi kerja poros mesin atau turbin. Pada waktu yang bersamaan, uap mengalami penurunan temperatur dan tekanan sebagian uap mengalami condensasi.
Kemudian campuran uap pada condensor semua uap diembunkan menjadi cairan. Panas dari condensor (panas pengembunan) dibuang. Cairan yang keluar dari condensor kemudian dipompakan kembali ke boiler.
1. Siklus Rankine
Siklus rankine adalah siklus thermodinamika yang mengkonversi kalor/panas menjadi bentuk kerja. Siklus Rankine kadang-kadang disebut sebagai praktissiklus Carnot. Ketika sebuah turbin efisien digunakan, diagram T-S mulai mirip dengan siklus Carnot. Perbedaan utama adalah bahwa penambahan panas (dalam boiler) dan penolakan (di kondensor) yang isobarik dalam siklus Rankine danisotermal dalam siklus Carnot teoritis.
Gambar 2.2. Skema Diagram Siklus Rankine.
Pompa digunakan untuk menekan cairan bekerja diterima dari kondensor sebagai cair bukan sebagai gas. Semua energi dalam memompa cairan bekerja melalui siklus lengkap hilang. Seperti semua energi penguapan dari fluida kerja, dalam boiler. Energi ini yang hilang ke dalam siklus yang pertama, kondensasi tidak terjadi dalam turbin, semua energi penguapan ditolak dari siklus melalui kondensor. Tapi memompa cairan bekerja melalui siklus sebagai cairan memerlukan fraksi yang sangat kecil.
Efisiensi siklus Rankine biasanya dibatasi oleh fluida kerja. Tanpa tekanan mencapai kritis super tingkat untuk fluida kerja, kisaran temperatur siklus dapat beroperasi lebih dari cukup kecil: suhu masuk turbin biasanya 565 ° C dan suhu kondensor adalah sekitar 30 ° C.
Gambar 2.3. Diagram T-S Dari Siklus Rankine.
Ada empat proses dalam siklus Rankine pada diagram T-S:
· Proses 1-2: Fluida kerja dipompa dari rendah ke tekanan tinggi, seperti fluida adalah cairan pada tahap ini pompa membutuhkan energi input sedikit.
· Proses 2-3: Cairan tekanan tinggi memasuki boiler dimana dipanaskan pada tekanan konstan oleh sumber panas eksternal untuk menjadi uap jenuh kering.Energi input yang dibutuhkan dapat dengan mudah dihitung dengan menggunakandiagram mollier atau hs grafik atau diagram entalpi-entropi
· Proses 3-4: Uap jenuh kering berekspansi melalui turbin, pembangkit listrik. Hal ini menurunkan suhu dan tekanan uap, dan kondensasi beberapa mungkin terjadi. Output dalam proses ini dapat dengan mudah dihitung dengan menggunakangrafik-entropi Entalpi
· Proses 4-1: Uap basah kemudian memasuki kondensor dimana terkondensasi pada tekanan konstan untuk menjadi cair jenuh .
Wpump = m (h2-h1) Qin = m (h3-h2)
Wturbin = m (h3-h4) Qout = m (h3-h2)
2. Siklus Uap Kering
Sistem konversi fluida uap kering, merupakan sistem konversi yang paling sederhana dan paling murah. Uap kering langsung dialirkan menuju turbin kemudian setelah dimanfaatkan, uap dapat dibuang ke atmosfir (atmospheric exhaust turbine) atau dialirkan ke kondensor (condensing turbine).
Gambar 2.4. Skema Diagram Siklus Gambar 2.5. Diagram T-S Konversi Uap Uap Kering. Kering
Pada sistem konversi uap kering, kerja yang dihasilkan turbin ditentukan dengan menggunakan persamaan. Pada Gambar 2.4 dan Gambar 2.5 titik 1 fasa fluida panas bumi berupa uap sedangkan pada titik 2 fluida berupa dua fasa. Proses yang dijalani fluida dari titik 1 ke titik 2 dianggap proses isentropik sehingga entropi pada titik 1 sama dengan entropi pada titik 2, sehingga:
S1=S2
S1=S12+X 2 + Sfg2
Untuk harga tekanan atau temperatur yang ditentukan, harga-harga entropi dan entalpi bisa didapat dari tabel uap. Sehingga dari persamaan 2 didapat harga x (fraksi uap) untuk kondisi tekanan atau temperatur pada outlet turbin. Dengan memanfaatkan harga fraksi uap tersebut, didapat entalpi pada outlet turbin :
h2 = hf2 + X2 hfg
Tidak ada komentar:
Posting Komentar