BAB 8asfsafw

BAB 8

VAPOR POWER SYSTEMS(Sistem Tenaga Uap)

8.1 PEMODELAN SISTEM TENAGA UAP► Sebagian besar instalasi pembangkit listrik merupakan variasi dari

Pembangkit Tenaga Uap , yang menggunakan “AIR / WATER” sebagai fluida kerja .

► Komponen-2 dasar suatu instalasi Pembangkit Tenaga Uap ber-bahan bakar fosil ditunjukkan secara skematis pada Gambar 8.1 , dibagi dalam 4 bagian besar sub-sistem : A sampai D .

Subsystem A : Energy conversion from “HEAT” to “WORK”. Subsystem B : to supply the energy required to vaporize the

water passing through the boiler . Subsystem C : Cooling water system . Subsystem D : Energy conversion from “WORK” to usefull

“ELECTRIC” .► Secara singkat cara kerja instalasi Pembangkit Tenaga Uap sbb :

Fungsi subsistem B adalah memasok energi yang dibutuhkan untuk menguapkan air yang mengalir melalui boiler .> Dalam instalasi pembangkit berbahan bakar fosil , pasokan energi terjadi melalui perpindahan kalor dari gas panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar fosil ke fluida kerja yg mengalir melalui pipa dan tabung (drum) di dalam boiler .> Dalam instalasi pembangkit tenaga nuklir , sumber energi diperoleh dari reaksi nuklir terkontrol yang berlangsung dlm bangunan reaktor terisolasi . Air bertekanan atau suatu pen- dingin reaktor berupa metal cair digunakan utk memindahkan energi yang dilepaskan dalam reaksi nuklir ke fluida kerja dlm suatu alat penukar kalor khusus .> Pembangkit tenaga surya memiliki alat penerima yg meng- konsentrasikan dan mengumpulkan radiasi surya untuk me- nguapkan fluida kerja .

Terlepas dari sumber energinya , uap yg dihasilkan dalam boiler dialirkan melalui turbin uap . Dimana dalam turbin uap ini uap mengalami proses ekspansi sehingga tekanannya turun , dan energi uap dirubah menjadi energi mekanis berupa “daya poros turbin”.

Selanjutnya poros dari turbin uap dihubungkan ke generator listrik (sub-sistem D) , dimana energi mekanis dari poros turbin dirubah menjadi “energi listrik”.

Uap meninggalkan turbin menuju ke kondensor , dan terkonden-sasi di bagian luar pipa-pipa yang membawa air pendingin . Sir kulasi air pendingin membentuk sub-sistem C .

Air kondensat dari kondensor selanjutnya dialirkan kembali ke dalam boiler melalui sebuah pompa .

Demikian seterusnya sehingga terjadi suatu siklus yang dialami oleh fluida kerja “air” , yang bisa memanfaatkan sumber energi dari bahan bakar menjadi energi mekanis / listrik yang berguna .

Selanjutnya siklus / instalasi pembangkit tenaga ini disebut dgn “SIKLUS RANKINE”.

► Kepedulian terhadap lingkungan hidup dan pertimbangan kesela-matan menjadi faktor utama yang menentukan apa saja yang di-ijinkan di dalam interaksi antara sub-sistem B serta C terhadap lingkungan sekelilingnya .

► Dari uraian diatas maka “komponen-komponen utama” dalam instalasi Pembangkit Tenaga Uap yang bekerja atas dasar siklus Rankine adalah :

BOILER STEAM TURBINE

PUMP CONDENSER

Figure 8.1 Components of a simple vapor power plant

Ash handling

FuelFuel

pump

Burner

Air

Feedwaterpump

Forceddraft fan

Airheater

Fresh Cooling Water

SteamCondenser

Fluegas

stack

Induceddraft fan

WaterWalls

Air

Generator

High-PressureTurbine

Low-PressureTurbine

Superheater

Reheater

Exhaust

EconomizerWater heater

SO2 ScrubberPrecipitatorFabric filter

Header

Feedwater

Feedwater

Fuel

AirIn

sula

ted

tube

Dow

ncom

ers

Electrical Power

SteamDrum

Sebagai catatan : SUMBER ENERGI PEMBANGKIT PLN

( Data Tahun 2004 )• GEOTHERMAL (PLTP) : 3,4 %

• HYDROPOWER (PLTA) : 9,6 %• NATURAL GAS (PLTU, PLTG) : 18,4 %

• COAL (PLTU) : 33,4 %• PETROLEUM FUEL (PLTU, PLTG, PLTD) : 35,2 %

8.2 ANALISIS SISTEM PEMBANGKIT TENAGA UAP – SIKLUS RANKINE Seluruh dasar-2 yang diperlukan untuk analisis thermodinamika

dari sistem pembangkit tenaga telah diperkenalkan sebelumnya. Dasar-2 tsb mencakup : prinsip konservasi massa dan energi ,

hukum kedua thermodinamika , dan data thermodinamika . Prinsip-2 ini berlaku utk setiap komponen pembangkit seperti :

boiler , turbin , condensor , pompa , dan juga pada seluruh kom ponen pembangkit tenaga yang paling rumit sekalipun .

Untuk selanjutnya yang dibahas di dalam bab ini adalah : subsistem A dari gambar 8.1 , yang bekerja atas dasar “SIKLUS RANKINE” .

Figure 8.2 Principal work and heat transfers of subsystem A

8.2.1 Principal Work and Heat Transfers In subsequent discussions , these energy transfers are taken to

be positive in the directions of the arrows . Assumptions / idealizations :

- The unavoidable stray heat transfer that takes place between the plant components and their surroundings is neglected here for simplicity.

- Kinetic and potential energy change are also ignored .- Each component is regarded as operating at steady state .

Using the conservation of mass and conservation of energy principles together with idealizations , let us develop expression of energy transfers shown on Fig. 8.2 .

The mass and energy rate balances for a control volume :

Turbine : ............................................. (8.1)

Condenser : ............................................. (8.2)

Pump : ............................................. (8.3)

Boiler : ............................................. (8.4)

Thermal Efficiency :

................. (8.5a)

..........................................

........... (8.5b) Back work ratio ( bwr ) :

............................................. (8.6)

8.2.2 The Ideal Rankine Cycle

Figure 8.3 Temperature-Entropy diagram of the Rankine Cycle

The working fluid undergoes the following series of internally reversible processes :

1 – 2 : Isentropic expansion of the working fluid through the turbine from saturated vapor at state 1 to the condenser pressure .

2 – 3 : Heat transfer from the working fluid as it flows at constant pressure through the condenser with saturated liquid at

state 3 . 3 – 4 : Isentropic compression in the pump to state 4 in the

compressed liquid region .4 – 1 : Heat transfer to the working fluid as it flows at constant

pressure through the boiler to complete the cycle .

The ideal Rankine cycle also includes the possibility of superheating the vapor , as in cycle : 1’ - 2’ - 3 - 4 - 1’

Contoh 8.18.2.3 Pengaruh Tekanan Boiler dan Kondensor

terhadap siklus Rankine8.2.3 Ireversibilitas dan Rugi Utama

Contoh 8.2

8.3 MENINGKATKAN KINERJA – Pemanasan Lanjut dan Pemanasan Ulang

Contoh 8.3

Contoh 8.4

8.4 MENINGKATKAN KINERJA –

Siklus Tenaga Uap Regeneratif8.4.1 Pemanas Air-Pengisian Terbuka

Contoh 8.5

8.4.2 Pemanas Air-Pengisian Tertutup

8.4.3 Pemanas Air-Pengisian Bertingkat

Contoh 8.6

8.5 ASPEK-ASPEK LAIN DARI SIKLUS UAP