SIKLUS RANKINE

Pengertian Siklus Rankine

Siklus Rankine adalahsiklus termodinamikayang mengubah panasmenjadi kerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanyamenggunakan airsebagai fluida yang bergerak. Siklus ini menghasilkan 80% dariseluruh energilistrikyang dihasilkan di seluruh dunia. Siklus ini dinamai untukmengenang ilmuwan Skotlandia, William John Maqcuorn Rankine.

Siklus Rankine adalah model operasi mesin uap panas yang secara umumditemukan di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus Rankineadalah batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahari.

                                                          

Siklus Rankine kadang-kadang diaplikasikan sebagaisiklus Carnot, terutama dalam menghitungefisiensi. Perbedaannya hanyalah siklus inimenggunakan fluida yang bertekanan, bukangas. Efisiensi siklus Rankine biasanya dibatasi oleh fluidanya. Tanpatekananyang mengarah pada keadaansuper kritis, rangetemperaturakan cukup kecil. Uap memasuki turbin padatemperatur 565^oC (batas ketahananstainless steel) dankondenser bertemperatursekitar 30^oC. Hal ini memberikan efisiensi Carnot secara teoritis sebesar 63%,namun kenyataannya efisiensi pada pembangkit listrik tenaga batu barasebesar42%.

 Fluida pada Siklus Rankine mengikuti aliran tertutup dan digunakansecara konstan. Berbagai jenis fluida dapat digunakan pada siklus ini, namun airdipilih karena berbagai karakteristikfisikadankimia, seperti tidak beracun,terdapat dalam jumlah besar, dan murah.Sistem siklus Rankine terdiri atas empat komponen, yaitu:

1.  Pompa

2. Boiler

3. Turbin

4. Condenser

Dalam siklus Rankine yang sebenarnya, kompresi oleh pompa danekspansi dalam turbin tidak isentropic,dengan kata lain proses ini tidak bolak- balik dan entropi meningkat selama proses. Hal ini meningkatkan tenaga yangdibutuhkan oleh pompa dan mengurangi energi yang dihasilkan oleh turbin.Secara khusus, efisiensi turbin akan dibatasi oleh terbentuknya titik-titik airselama ekspansi ke turbin akibat kondensasi. Titik-titik air ini menyerang turbin,menyebabkan erosidan korosi, mengurangi usia turbin dan efisiensi turbin. Caratermudah dalam menangani hal ini adalah dengan memanaskannya padatemperatur yang sangat tinggi.

Efisiensi termodinamika bisa didapatkan dengan meningkatkantemperatur input dari siklus. Terdapat beberapa cara dalam meningkatkan efisiensisiklus Rankine. Siklus Rankine dengan pemanasan ulang, dalam siklus ini duaturbin bekerja secara bergantian. Yang pertama menerima uap dari boiler padatekanan tinggi, Setelah uap melalui turbin pertama, uap akan masuk ke boiler dandipanaskan ulang sebelum memasuki turbin kedua, yang bertekanan lebih rendah.Manfaat yang bisa didapatkan diantaranya mencegah uap berkondensasi selamaekspansi yang bisa mengakibatkan kerusakan turbin, dan meningkatkan efisiensiturbin.

Siklus Rankine regeneratif

Konsepnya hampir sama seperti konsep pemanasan ulang. Yangmembedakannya adalah uap yang telah melewati turbin kedua dan kondenserakan bercampur dengan sebagian uap yang belum melewati turbin kedua.Pencampuran terjadi dalam tekanan yang sama dan mengakibatkan pencampurantemperature, hal ini akan mengefisiensikan pemanasan primer.

Siklus Rankine Organik

Siklus Rankine Organik menggunakan fluida organik seperti n-pentanaatautoluenamenggantikan air dan uap. Penggunaan kedua jenis fluida tersebutakan mengurangi suplai panas yang dibutuhkan karena rendahnya titik didih darikedua jenis fluida tersebut sehingga energi mataharisudah cukup untuk mengubah fase fluida tersebut. Meski efisiensi Carnot akan berkurang, namun pengumpulan panas yang dilakukan pada temperatur rendah akan mengurangi banyak biayaoperasional.Siklus Rankine sesungguhnya tidak membatasi fluida jenis apa yangdigunakan karena pada dasarnya siklus Rankine adalahmesin kalorsehinggaefisiensinya dihitung berdasarkan efisiensi Carnot. Konsepnya tidak bolehdipisahkan dengan siklus termodinamika

2. Proses Siklus Rankine

Siklus Rankine merupakan siklus ideal untuk siklus tenaga uap. Sepertihalnya pada siklus Brayton, pada siklus Rankine juga terdapat proses kompresiisentropik, penambahan panas isobarik, ekspansi isentropik, dan pelepasan panasisobarik. Perbedaan antar keduanya terletak pada fluida kerja yang digunakan,Siklus Rankine fluida kerjanya adalah dua fase fluida, yaitu cair (liquid) dan uap(vapor), sedangkan siklus Brayton merupakan siklus tenaga gas.Pada siklus tenaga uap Rankine, fluida yang umum digunakan adalah air,sedangkan fluida kerja lainnya adalah potassium, sodium, rubidium, ammonia dansenyawa karbon aromatik. Merkuri juga pernah digunakan sebagai fluida kerjasiklus Rankine, hanya saja harganya sangat mahal dan berbahaya

Gambar 2.1. Skema Peralatan pada Siklus Rankine

Sumber : http://montaraventures.com

Proses 1-2 : Fluida kerja (misalnya air) dipompa dari tekanan rendah ke tekanantinggi. Pada tahap ini fluida kerja berfase cair sehingga hanyamembutuhkan energi yang relatif kecil untuk proses pemompaan.

Proses 2-3 : Air bertekanan tinggi memasuki boiler untuk dipanaskan. Di sini air berubah fase menjadi uap jenuh. Proses ini berlangsung padatekanan konstan.

Proses 3-4: Uap jenuh berekspansi pada turbin sehingga menghasilkan kerja berupa putaran turbin. Proses ini menyebabkan penurunantemperatur dan tekanan uap, sehingga pada suhu turbin tingkat akhirkondensasi titik air mulai terjadi.

Proses 4-1: Uap basah memasuki kondenser dan didinginkan sehingga semua uap berubah menjadi fase cair. Air dipompakan kembali (Proses 1-2)

Besarnya kerja yang dibutuhkan pompa, panas yang diberikan boiler,kerja yang dihasilkan turbin dan panas yang dibuang pada Kondenser dapatdiperhitungkan dengan bantuan tabel Enthalpy-entropy air-uap air.

Gambar 2.2 Contoh T-s diagram Siklus Rankine

SIKLUS RANKIE IDEAL

Jika fluida kerja mengalir melalui berbagai komponen dari sebuah siklustenaga uap sederhana tanpa ireversibilitas, penurunan tekanan secara fraksionaltidak akan terjadi pada boiler dan Kondenser, fluida kerja mengalir melaluikomponen komponen ini pada tekanan konstan. Selain itu dengan tidak adanyaireversibilitas dan perpindahan kalor dengan lingkungan sekitar, proses yangterjadi melalui turbin dan pompa adalah isentropic (s=konstan), maka siklus inidisebut siklus Rankine ideal. Mengacu pada gambar dibawah ini , terlihat fluidakerja melewati urutan proses yang reversible secara internal sebagai berikut:

Gambar 2.3. Diagram temperatur-entropi untuk siklus Rankine idealSumber : Moran,Michael j, 20

proses 1-2 : Ekspansi isentropik (s = konstan) dari fluida kerja melalui turbin danuap jenuh pada kondisi 1 hingga mencapai tekanan kondenser. 

proses 2-3 : Perpindahan kalor dari fluida kerja ketika mengalir pada tekanankonstan melalui kondenser dengan cairan jenuh pada kondisi 3. 

proses 3-4 : Kompresi isentropic (s=konstan) dalam pompa menuju ke kondisi 4dalam daerah hasil kompresi.

proses 4-5 : Perpindahan kalor ke fluida kerja ketika mengalir pada tekanankonstan melalui boiler untuk menyelesaikan siklus

DAFTAR PUSTAKA

http://www.scribd.com/doc/249006350/Makalah-Siklus-Rankine-Dalam-Sistem-Pembangkit-Tenaga-Uap#scribd ( Di Akses Rabu, 29 April 2015, jam 17:40)