Tugas Thermodinamika Siklus Rankine

MAKALAH TERMODINAMIKA

Siklus Rankine

Disusun oleh:

Abdul Haris : 5115116921

Ahmad Ramdhani : 5115107296

Ady wartono : 5115116973

Bagus Dadhi Dwiprima : 5115116363

Bagus Setianto : 5115129003

Fachrurrozi : 5115116946

Reymond Alexander : 5115116960

Salomoan : 5115110145

Izharudin Kamal : 5115111656

Universitas Negeri Jakarta

Pendidikan Teknik Elektro

2013

Kata Pengantar

Puji dan syukur saya panjatkan kehadirat Tuhan YME atas limpahan rahmat dan

karunia-Nya kepada saya, sehingga saya dapat menyelesaikan makalah yang berjudul “Siklus

Rankine”. Penyusunan makalah ini bertujuan untuk memenuhi salah satu tugas yang

diberikan oleh dosen matakuliah Thermodinamika Pak Johar.

Makalah ini disusun dari hasil penyusunan data-data kelompok kami, serta

informasi dari media internet yang berhubungan dengan siklus rankine pada thermodinamika,

tak lupa saya ucapkan terima kasih kepada pengajar matakuliah Thermodinaika atas

bimbingan dan arahan dalam penyusunan makalah ini sehingga dapat diselesaikannya

makalah ini.

Saya harap, dengan membaca makalah ini dapat memberi manfaat bagi kita semua.

Memang makalah ini masih jauh dari sempurna, maka saya mengharapkan kritik dan saran

dari pembaca demi perbaikan menuju arah yang lebih baik.

Jakarta, 8 Desember 2013

Penulis

BAB I 

PENDAHULUAN 

A.   Latar Belakang

  Termodinamika adalah ilmu tentang energi, yang secara spesifik membahas tentang hubungan antara energi panas dengan kerja. Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, baik secara  alami maupun hasil rekayasa teknologi. Selain itu energi di   alam   semesta   bersifat   kekal,   tidak   dapat   dibangkitkan   atau dihilangkan,  yang  terjadi  adalah perubahan  energi  dari  satu  bentuk menjadi bentuk lain tanpa ada pengurangan atau penambahan. Hal ini erat hubungannya dengan hukum – hukum dasar pada termodinamika. Dalam makalah ini kami akan membahas tentang sistem tenaga uap rankine.

Efek magnetokalorik di pakai untuk menurunkan temperatur senyawa paramagnetikhingga sekitar 0.001 K. Secara prinsip, temperatur yang lebih rendah lagi dapat dicapai dengan menerapkan efek magnetokalorik berulang-ulang. Jadi setelah penaikan medan magnetik semula secara isoterm, penurunan medan magnetik secara adiabat dapat dipakai untuk menyiapkan sejumlah besar bahan pada temperatur Tᶠ¹, yang dapat dipakai sebagai tandon kalor untuk menaikan tandon kalor secara isoterm ynag berikutnya dari sejumlah bahan yang lebih sedikit dari bahan semula. Penurunan medan magnetik secara adiabat yang kedua dapat menghasilkan temperatur yang lebih rendah lagi, Tᶠ², dan seterusnya. Maka akn tibul pertanyaan apakah efek magnetokalorik dapat dipakai untuk mendinginkan zat hingga mencapai nol mutlak.

Pecobaan menunjukan bahwa sifat dasar semua proses pendinginan adalah bahwa semakin rendah temperatur yang dicapai, semakin sulit menurunkannya.hal yang sama berlaku juga untuk efek magnetokalorik.dengan persyaratan demikian, penurunan medan secara adiabat yang tak trhingga banyaknya diperlukan untuk mencapai temperatur nol mutlak.

Rankine Cycle kadang-kadang dikenal sebagai suatu Daur Carnot praktis ketika suatu turbin efisien digunakan, T diagram akan mulai untuk menyerupai Daur Carnot. Perbedaan yang utama adalah bahwa suatu pompa digunakan untuk memberi tekanan cairan sebagai penganti gas. Ini memerlukan sekitar 100 kali lebih sedikit energy dibanding yang memampatkan suatu gas di dalam suatu penekan ( seperti di Daur Carnot)

B.   Rumusan Masalah 

Maka dirumuskan permasalahan sebagai berikut :

1. Apa pengertian dan aplikasi Siklus Rankine ?

2. Apa dan bagaimana proses siklus Rankine terjadi?

C.   Tujuan

Penulisan Makalah ini diharapkan mampu memberikan manfaat sebagai berikut :

1. Memberikan tambahan pengetahuan kepada pembaca tentang Siklus Rankine.

2. Memberikan penjelasan tentang hal – hal dasar yang sering dilupakan dalam Thermodinamika.

3. Memberikan pengetahuan kepada pembaca tentang siklus Rankine.

BAB II 

PEMBAHASAN  

 SIKLUS RANKINE 1.  PENGERTIAN SIKLUS RANKINE 

Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya menggunakan air sebagai fluida yang bergerak. Siklus ini menghasilkan 80% dari seluruh energi listrik yang dihasilkan di seluruh dunia. Siklus ini dinamai untuk mengenang ilmuwan Skotlandia, William John Maqcuorn Rankine.

Siklus Rankine adalah model operasi mesin uap panas yang secara umum ditemukan di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus Rankine adalah batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahari. Siklus Rankine kadang-kadang dikenal sebagai suatu Daur Carnot praktis ketika suatu turbin efisien digunakan, T diagram akan mulai untuk menyerupai Daur Carnot. Perbedaan yang utama adalah bahwa suatu pompa digunakan untuk memberi tekanan cairan sebagai penganti gas. Ini memerlukan sekitar 100 kali lebih sedikit energy dibanding yang memampatkan suatu gas di dalam suatu penekan ( seperti di Daur Carnot). suatu siklus thermodynamic mengkonversi panas ke dalam pekerjaan. Panas disediakan secara eksternal bagi suatu pengulangan tertutup, yang pada umumnya menggunakan air sebagai cairan. Siklus ini menghasilkan sekitar 80% dari semua tenaga listrik yang digunakan.

Fluida pada Siklus Rankine mengikuti aliran tertutup dan digunakan secara konstan. Berbagai jenis fluida dapat digunakan pada siklus ini, namun air dipilih karena berbagai karakteristik fisika dan kimia, seperti tidak beracun, terdapat dalam jumlah besar, dan murah.

Dalam siklus Rankine ideal, pompa dan turbin adalah isentropic, yang berarti pompa dan turbin tidak menghasilkanentropi dan memaksimalkan output kerja. Dalam siklus Rankine yang sebenarnya, kompresi oleh pompa dan ekspansi dalam turbin tidak isentropic. Dengan kata lain, proses ini tidak bolak-balik dan entropi meningkat selama proses. Hal ini meningkatkan tenaga yang dibutuhkan oleh pompa dan mengurangi energi yang dihasilkan oleh turbin. Secara khusus, efisiensi turbin akan dibatasi oleh terbentuknya titik-titik air selama ekspansi ke turbin akibat kondensasi. Titik-titik air ini menyerang turbin, menyebabkan erosi dan korosi, mengurangi usia turbin dan efisiensi turbin. Cara termudah dalam menangani hal ini adalah dengan memanaskannya pada temperatur yang sangat tinggi.

Efisiensi termodinamika bisa didapatkan dengan meningkatkan temperatur input dari siklus. Terdapat beberapa cara dalam meningkatkan efisiensi siklus Rankine.

Siklus Rankine dengan pemanasan ulang. Dalam siklus ini, dua turbin bekerja secara bergantian. Yang pertama menerima uap dari boiler pada tekanan tinggi. Setelah uap melalui turbin pertama, uap akan masuk ke boiler dan dipanaskan ulang sebelum memasuki turbin kedua, yang bertekanan lebih rendah. Manfaat yang bisa didapatkan diantaranya mencegah uap berkondensasi selama ekspansi yang bisa mengakibatkan kerusakan turbin, dan meningkatkan efisiensi turbin.

Siklus Rankine regeneratif

Konsepnya hampir sama seperti konsep pemanasan ulang. Yang membedakannya adalah uap yang telah melewati turbin kedua dan kondenser akan bercampur dengan sebagian uap yang belum melewati turbin kedua. Pencampuran terjadi dalam tekanan yang sama dan mengakibatkan pencampuran temperatur. Hal ini akan mengefisiensikan pemanasan primer.

2.      PROSES SIKLUS RANKINE

Siklus Rankine merupakan siklus ideal untuk siklus tenaga uap. Seperti halnya pada siklus B ra y ton , pad a s i k lu s Ran k ine j ug a t e rdap a t p ro se s kompres i i s e n t rop i k , penambahan panas isobarik, ekspansi isentropik, dan pelepasan panas isobarik. Perbedaan antar keduanya terletak   pad 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 fluidakerja lainnya adalah potassium, sodium, rubidium, ammonia dan senyawa karbon aromatik.Merkuri juga pernah digunakan sebagai fluida kerja siklus Rankine, hanya saja harganya sangatmahal dan berbahaya.

Komponen

Sistem siklus Rankine terdiri atas empat komponen, yaitu:

1. Pump

2. Boiler 

3. Turbine

4. Condenser

Fluida kerja berupa air jenuh pada kondensor dikompresi pompa sampai masuk boiler atauketel uap. Dari proses kompresi pada pompa terjadi kenaikan temperatur kemudian didalam boiler air dipanaskan. Sumber energi panas berasal dari proses pembakaran atau dari energi yangl a i nya s ep e r t i nuk l i r , pana s ma t aha r i , dan l a i nny a . Uap yang sudah d ip anaskan d i bo i l e r   kemudian masuk turbin. Fulida kerja mengalami ekspansi sehingga temperatur dan tekananturun. Selama proses ekspansi pada turbin terjadi terjadi perubahan dari energi fluida menjadienergi mekanik pada sudu-sudu menghasilkan putaran poros turbin. Uap yang keluar dari turbinkemudian dikondensasi pada kondensor sehingga sebagian besar uap air menjadi mengembun.Kemudian siklus berulang lagi.

Diagram T-s pada Siklus Rankine

Siklus Rankine ideal tidak melibatkan irreversibel internal dan terdiri dari 4 tahapan

proses :

• 1 – 2 merupakan proses kompresi isentropik dengan pompa.

• 2 – 3 Penambahan panas dalam boiler pada P = konstan.

• 3 – 4 Ekspansi isentropik ke dalam turbin.

• 4 – 1 Pelepasan panas di dalam kondenser pada P = konstan.

A i r masuk pompa pada kond i s i 1 s ebaga i c a i r an j enuh dan d ikompres i s ampa i t ekanan operasi boiler. Temperatur air akan meningkat selama kompresi isentropik ini melalui sedikit  pengurangan dari volume spesifik air. Jarak vertikal antara 1 – 2 pada T – s diagram ini biasanya dilebihkan untuk lebih amannya proses. Air memasuki boiler sebagai cairan terkompresi pada kondisi 2 dan akan menjadi uap superheated pada kondisi 3. Dimana panas diberikan oleh boiler ke air pada T tetap. Boiler dan seluruh bagian yang menghasilkan steam ini disebut sebagai steam generator 

Uap supe rhea t ed pada kond i s i 3 kemud ian akan memasuk i t u rb in un tuk  diekspansi secara isentropik dan akan menghasilkan kerja untuk memutar turbine yang terhubung dengan generator listrik sehingga dihasilkanlah

listrik. P dan T dari steam akan turun selama  proses ini menuju keadaan 4 dimana steam akan masuk kondenser dan biasanya sudah berupa uap jenuh. Steam ini akan dicairkan pada P konstan didalam kondenser dan akan meninggalkan kondenser sebagai cairan jenuh yang akan masuk pompa untuk melengkapi siklus ini. Ingat bahwa data diatas kurva proses pada diagram T – s menunjukkan transfer panas untuk prosesr eversibel internal. Area kurva proses 2 – 3 menunjukkan panas yang ditransfer ke  boiler, dan area dibawah kurva proses 4 – 1 menunjukkan panas yang dilepaskan di kondenser. Perbedaan dari kedua aliran ini adalah kerja netto yang dihasilkan selama siklus.

A. Siklus Rankine Ideal Dan Aktual

Jika fluida kerja melewati bermacam-macam komponen dari siklus daya uap

sederhana tanpa irreversibilitas, gesekan pressure drop dari boiler dan

kondensor dan fluida kerja akan mengalir  melalui komponen pada tekanan

konstan, juga tidak ada reversibil itas dan heat transfer denganlingkungan,

proses melalui turbin dan pompa akan isentropis, sehingga suatu siklus

menjadiideal (siklus Rankine ideal).

Pada kenyataannya terdapat penyimpangan dalam siklus Rankine yang terjadi karena:

1. Adanya friksi fluida yang menyebabkan turunnya tekanan di boiler dan

condenser sehinggatekanan steam saat keluar boiler sangat rendah sehingga kerja

yang dihasilkan turbin (Wout)menurun dan efisiensinya menurun. Hal ini dapat

diatasi dengan meningkatkan tekanan fluidayang masuk.

2. Adanya kalor yang hilang ke lingkungan sehingga kalor yang diperlukan (Qin)

dalam proses bertambah sehingga efisiensi termalnya berkurang.

Penyimpangan siklus aktual dari siklus ideal dikarenakan karena beberapa

faktor seperti gesekan fluida, kerugian panas, dan kebocoran uap. Gesekan fluida

mengakibatkan tekanan jatuh pada banyak perlatan seperti boiler, kondensor

dan di pipa-pipa yang menghubungkan banyak  peralatan. Tekanan jatuh

yang besar pada boiler mengkibatkan pompa membutuhkan tenaga yang

lebih untuk mempompa air ke boiler. Tekanan jatuh juga mengakibatkan tekanan uap

dari boiler ke turbin menjadi lebih rendah sehingga kerja turbin tidak

maksimal. Kerugian energi  panas banyak terjadi pada peralatan. Pada turbin

karena proses ekspansi uap air pada sudu-sududan rumah turbin banyak

kehilangan panas. Kebocoran uap juga mengibatkan kerugian yang t i d a k

b i s a d i r e m e h k a n , b i a s a n y a t e r j a d i d i d a l a m t u r b i n . K a r e n a

s e b a b - s e b a b t e r s e b u t mengakibatkan efisiensi menjadi turun.

Diagram T-s siklus rankine ideal dan aktual

Penyimpangan ini terjadi karena adanya irreversibilitas yang terjadi pada

pompa dan turbinsehingga pompa membutuhkan kerja (Win) yang lebih

besar dan turbin menghasilkan kerja(Wout) yang lebih rendah seperti pada

grafik dibawah ini:

Diagram T-s pada siklus rankine actual

Efisiensi pompa dan turbin yang mengalami irreversibilitas dapat dihitung dengan:

Dimana: 2a & 4a menyatakan keadaan yang sebenarnya pada turbin dan pompa2a & 4s menyatakan keadaan isentropik.

BAB II 

PENUTUP 

1. A.   Kesimpulan Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja. Terdapat 4 proses dalam siklus Rankine, setiap siklus mengubah keadaan fluida (tekanan dan/atau wujud).

Proses 1: Fluida dipompa dari bertekanan rendah ke tekanan tinggi dalam bentuk cair. Proses ini membutuhkan sedikit input energi.

Proses 2: Fluida cair bertekanan tinggi masuk ke boiler di mana fluida dipanaskan hingga menjad uap pada tekanan konstan menjadi uap jenuh.

Proses 3: Uap jenuh bergerak menuju turbin, menghasilkan energi listrik. Hal ini mengurangi temperatur dan tekanan uap, dan mungkin sedikit kondensasi juga terjadi.

Proses 4: Uap basah memasuki kondenser di mana uap diembunkan dalam tekanan dan temperatur tetap hingga menjadi cairan jenuh.

Daftar Pustaka

http://onnyapriyahanda.com/siklus-rankine/

http://apriyahanda.wordpress.com/2010/01/15/siklus-rankine/

http://indonesianengineers.blogspot.com/2011/10/siklus-rankine.html