Sistem Tenaga Uap Dr Nib

SISTEM TENAGA UAP

1. PEMODELAN SISTEM TENAGA UAP

Pemodelan merupakan langkah awal yang penting dalam pembuatan rancangan

teknik.

Dibawah ini adalah gambar pemodelan dari sistem tenaga uap.

Sistem pembangkit tenaga uap dibagi menjadi 4 subsistem. Dimana inti dari sitem ini

adalah perubahan dari panas ke kerja, yang terletak pada subsistem A. Namun yang

lebeih dahulu dibahas adalah subsistem yang lainnya.

Subsitem B berfungsi sebagai pemasok energi untuk sistem ini dimana hasilnya

adalah berupa uap. Uap kemudian akan disalurkan pada subsistem D yaitu generator.

Selanjutnya uap akan terkondensasi dalam suatu sistem pendingin yatiu subsitem C.

Peletakan instalasi sistem pembangkit tenaga uap juga mmeperhatikan faktor

lingkungan yang ada disekitar pembangkit tenaga.

2. ANALISIS SISTEM PEMBANGKIT TENAGA UAP – SIKLUS RANKINE

Siklus Rankine adalah sebuah siklus thermodinamika yang memodelkan subsisem A

A. EVALUASI KERJA UTAMA DAN PERPINDAHAN KALOR

Subsistem A di ilustrasikan pada gambar dibawah ini

Setiap komponen pada subsitem A dianggap berada dalam kondisi tunak.

Sedangkan prinsipnya menggunakan prinsip konservasi masa dan konservasi

energi. Pengmbangan pembahasan subsitem dimulai dari kondisi 1 yang akan

berlanjut ke komponen yang lainnya.

Turbin. Uap dari boiler pada kondidi 1 berada pada temperatur dan tekan

yang sydah dinaikkan, berekspansi melalui turbin untuk menghasilakn kerja

dan kemudian dibuang ke kondensor pada kondisi 2. Apabila subsistem A

dianggap berada dalam kondidi tunak, maka persamaannya menjadi

0=Qcv−W 1+m [h1−h2+V 1

2−V 22

2+g(z 1−z2)]

Kondenser. Dalam kondenser terajdi perpindahan kalor dari uap ke air

pendingin yang mengallir dalam aliran terpisah. Dianggap dalam keadaan

tunak

Qoutm

=h2−h1

Pompa. Kondesat cair yang meninggalkan kondenser di kondisi 3 dipompa

dari kondenser ke boiler yang bertekanan lebih tinggi. Persamaannya

℘m

=h4−h3

Boiler. Pada boiler, kesetimbangan laju masa dan energi menghasilkan

Qinm

=h1−h2

Parameter kinerja. Efisiensi thermal dari tenaga pada gambar 8.2 adalah

η=

Wtm

−℘m

Qinm

=(h1−h2 )−(h 4−h3)

h1−h 4

Laju Kalor (heat rate). Parameter lain yang digunakan untuk mrngukur

kinerja pembangkit tenaga adalah rasio kerja balik (back work ratio). Bwr

adalah rasio masukan kerja pompa terhadap kerja yang dihasilkan oleh turbin.

Bwr dari gambar 8.2 adalah

bwr=

℘mWtm

=(h 4−h3)(h1−h2)

B. SIKLUS RANKIE IDEAL

Jika fluida mengalir tanpa irreversibilitas,penerunan tekanan secara fraksional

tidak terjadi pada boiler dan kondensor, fluida kerja mengelir dengan tekanan

konstant dan proses yang terjadi melaui turbin dan pompa adalah isentropik,

maka siklus ini disebut siklus rankine ideal. Mengacu pada gambar dibawah

ini

Dimana

proses 1-2 : ekspansi isentropik dari fluida kerja melalui turbin dan uap jenuh

pada kondisi 1 hingga mencapai teekanan kondenser

proses 2-3 : perpindahan kalor dari fluida kerja ketika mengalir pad tekanan

konstant melalui kondenser dengan cairan jenuh pada kondidi 3

proses 3-4 kompesi isentropik dalam pompa menuju ke kondisi 4 dalam

daerah hasil kompresi

proses 4-5 perpindahan kalor ke fluida kerja ketika mengalir pada tekanan

onstant melaui boiler untuk menyeleaikan siklus.

Kerja pompa

(℘m )=v3 ( p3−p4)

C. PENEGRUH TEKANAN BOILER DAN KONDENSOR TERHADAP

SIKLUS RANKINE

Siklus Rankie adalah siklus yang seluruhnya terdiri dari proses reversible

secara internal. Oleh sebab itu, persamaan untuk efisiensi thermalnya dapat

diperoleh dalam bentuktemperatur rata – rata.

Luas daerah dapat diinterprestasikan sebagai perpindahan kalor perunit masa.

Sebagai contoh pada gambar 8.3, sehingga perumusannya menjadi

(Qinm )∫ rev=∫4

1

Tdsn=area1−b−c−4−a−1

Dapat ditulis juga dalam bentuk Tin

Sehingga persamaannya menjadi

(Qinm )∫ rev=Tin ( s1−s4 )

Demikian juga untuk daerah 2-b-c-3-2. Persamaannya menjadi

(Qoutm )∫ rev=∫4

1

Tout (s2−s3)=area2−b−c−3−2

¿Tout (s1−s 4 )

Maka efisiensi thermal dari siklus rankine dapat dinyatakan dalam bentuk

perpindahan kalor sebagai

Persamaan 8.8

Dari persamaan diatas dapat disimpulkan bahwa efisiensi ther,al silus ideal

cenderung meningkat jika temperatur rata – rata penambahan enrgi melaui

proses perpindahan kalor meningkat dan atau temperatur pelepasan energi

menurun.

Persamaan 8.8 dapat digunakan untuk mempelajari pengaruh perubahan dalam

tekanan boiler dan kondenser terhadap kinerja.

Dibawah ini ada 2 buah gambar.

Pada gambar 8.4a dijelaskan memperlihatkan 2 siklus ideal yang meniliki

tekanan kondensor yang sama tetapi tekanan boiler yang berbeda. Dari gambar

diatas dapat disimpulkan bahwa peningkatan siklus boiler pada siklus rankine

ideal cenderung meningkatkan efisiensi thermal.

Pada gambar 8.4b mememperlihatkan dua siklus dengan tekanan boiler yang

sama tetapi tekanan kondensor yang berbeda. Dari gambar diatas dapat

disimpulkan bahwa penurunan tekanan kondensor cenderung meningkatkan

efisiensi thermal.

Perbandingan dengan siklus carnot. Perbandingan dengan siklus carnot

terletak pada siklus rankine memiliki efisiensi thermal yang lebih rendah dari

siklus carnot.

D. IRREVERSIBILITAS DAN RUGI UTAMA

Turbin. Irreversibilitas utama yang dialami ada hubunganya dengan ekspansi

melalui turbin. Dengan menggunakan penomoran seperti gambar dibawah ini

(8.6)

Efisiensi isentropik turbin adalah

Pompa. masukan kerja ke pompa diperlukan untuk mengatasi gesekan juga

mengurangi keluaran daya netto dari pembangkit.

Efisiensi isentropik dari pompa dengan menggunakan penomoran pada

gambar 8.6 adalah

3. MENINGKATKAN KINERJA – PEMANASAN LANJUT DAN PEMANASAN

ULANG

Dua modifikasi siklus uap

Pemanasan lanjut

Karena tidak ada batasan untuk uap jenuh pada bagian masuk turbin, energi bisa

ditambahkan lebih lanjut melalui proses perpindahan kalor ke uap sehingga mencapai

kondisi uap panas lanuut di daerah masuk turbin. Kombinasi boiler dan pemanassan

lanjut dinamakan generator uap.

Pemanasan ualang

Modifikasi lebih lanjut yang umum dipakai didalam instalasi pembangkit tenaga uap

adalah pemanasan ulang.dengan pemanasan ulang, suatu instalasi pembangkit uap

dapat memanfaatkan peningkatan efisiensi yang dihasilkan dengan tekanan boiler

yang lebih tinggi sekaligus menghindari kualitas rendah uap pada bagian keluar

turbin.

Siklus kritis

Temperatur dari uap yang masuk pada turbin dibatasi oleh limitasi metalurgi.