MAKALAH MESIN KONVERSI ENERGI SISTEM MAGNETO HYDRO DYNAMIC (MHD)

ANGGOTA KELOMPOK 14 :Bermas Meirinaldi A : ( 121.03.1195 )Denny syahputra : ( 121.03.1043 )Wahyu Prio B : ( 121.03.1192 ) Sutrisno : ( 121.03.1072 ) Sudarsono : ( 121.03.10 ) Rendy Oktarian S : ( 121.03.1165 )

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIJURUSAN TEKNIK MESININSTITUT SAINS DAN TEKNOLOGI AKPRINDYOGYAKARTA2014

BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar BelakangIstilah magneto hydrodynamic terdiri dari kata magneto yang berarti medan magnetik, hydro yang berarti cairan/fluida, dan dynamic yang berarti pergerakan. Magnetohydrodynamic (MHD) dapat diartikan sebagai suatu penghantaran dan pergerakan suatu fluida secara elektrik di dalam suatu medan magnetik. Fluida yang dimaksud dapat berupa plasma, logam cair, atau air garam.MHD (Magneto Hydro Dynamics) System adalah sistem baru dari pembangkit listrik yang dikatakan efisiensi tinggi dan polusi rendah. Seperti namanya, magneto-hidro-dinamika (MHD) berkaitan dengan aliran fluida yang menghasilkan listrik medan magnet. Cairan ini mungkin gas pada suhu tinggi atau logam cair seperti natrium atau kalium. Cairan kerja di sini disebut plasma. Sebuah generator MHD adalah alat untuk mengubah energi panas dari bahan bakar secara langsung menjadi energi listrik tanpa generator listrik konvensional. Perbedaan mendasar antara generator konvensional dan sebuah generator MHD adalah sifat konduktor. Sistem converter MHD adalah mesin panas yang efisien, seperti semua mesin panas, ditambah dengan menyediakan panas pada suhu praktis tertinggi dan menolaknya pada suhu terendah praktis. pembangkit listrik MHD terlihat yang paling menjanjikan diantara teknologi konversi langsung untuk produksi tenaga listrik dengan skala besar. Di negara-negara maju MHD generator digunakan secara luas tetapi di negara-negara berkembang seperti India itu masih dalam pembangunan. Ini pekerjaan konstruksi sedang berlangsung di Tiruchirapalli di Tamilnadu bawah upaya bersama dari BARC (Bhabha Atomic Research Centre), BHEL, Associated Cement Corporation dan teknologi Rusia.

1.2 Perkembangan EksperimentalPembangkitan tenaga listrik magneto hydro dynamic (MHD) power generation di temukan Pada awal abad ke-19. Percobaan MHD power generation pertama kali dilakukan oleh Michael Faraday pada tahun 1831 menggunakan air garam dari sungai Thames yang mengalir melalui medan magnet bumi. Percobaan Faraday tidak sukses dan konsep dasar dari MHD power generation tidak meninggalkan tantangan. Percobaan MHD power generation kembali dilakukan oleh Karlovitz dan Halacz pada tahun 1942. Generator MHD yang menggunakan plasma argon pertama kali sukses diuji dan dikembangkan oleh Richard Rosa pada tahun 1959, yang menghasilkan 10 kW dan di fasilitasi oleh AVCO di Boston, Massachusetts (USA). Keberhasilan ini membuat MHD berkuasa pada tahun 1960 untuk program nasional di Inggris, Uni Soviet, Belanda, Perancis, Jerman, Polandia, Italia, India, Australia dan Israel. MHD juga semakin berkembang pada tahun 1965 yang masih di fasilitasi oleh AVCO dan pada tahun 1972 di Moskow, Rusia. Dan dalam beberapa tahun terakhir, pengembangan pembangkit listrik system MHD semakin cepat.Generator MHD secara langsung mengkonversi energi thermal dari suatu plasma (gas bertemperature tinggi yang mengandung elektron bebas dan ion) menjadi energi listrik. Oleh sebab itu, MHD power generation dikenal sebagai proses konversi energi secara langsung. Sebagai konsekuensi operasi konversi temperature tinggi secara langsung, plant untuk MHD power generation dapat lebih efisien dibandingkan dengan plant pembangkitan tenaga listrik konventional.Pada dasarnya konversi MHD adalah suatu proses volume. Dengan demikian ukuran generator MHD meningkat sehingga perbandingan daya yang dikonversikan MHD dengan kerugian daya dari permukaan dinding kanal menjadi lebih baik.

BAB IIPEMBAHASAN

2.1 Prinsip Kerja Sistem MHDPrinsip kerja system MHD sederhana, berdasarkan hukum Faraday's dari induksi elektromagnetik, yaitu, ketika sebuah konduktor listrik bergerak melintasi medan magnet, ggl adalah diinduksi di dalamnya, yang menghasilkan arus listrik. Konduktor tidak perlu yang solid-ini mungkin merupakan gas atau cair.Ini adalah prinsip konvensional generator juga, di mana konduktor terdiri dari strip tembaga. Dalam sebuah generator MHD konduktor padat akan diganti dengan sebuah konduktor gas (tekanan tinggi, gas pembakaran suhu tinggi), yaitu gas terionisasi.Jika gas tersebut dilewatkan pada kecepatan tinggi melalui kuat medan magnet, yaitu misalkan kita memiliki partikel bermuatan (memiliki charge 'q') bergerak di '' v kecepatan tinggi ke arah kanan dan medan magnet tegak lurus diterapkan. Sebuah gaya magnetik (Lorentz Force) F 'bertindak' pada partikel bermuatan. Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ion positif akan dipercepat menuju atas plat P1 (katoda) dan ion negatif akan dipercepat terhadap P2 plat rendah (anoda). Jika P1 dan P2 secara eksternal terhubung melalui resistensi, arus akan mengalir melalui perlawanan. Jadi energy gas secara langsung dikonversi menjadi listrik energi. Ini adalah prinsip generator MHD.Generator MHD dapat dianggap sebagai dinamo cairan. Hal ini mirip dengan dinamo mekanik di mana gerak sebuah konduktor logam melalui medan magnet menciptakan arus di konduktor kecuali bahwa di generator MHD konduktor logam digantikan oleh plasma gas.

Bila suatu konduktor bergerak melalui medan magnet ini menciptakan medan listrik tegak lurus terhadap medan magnet dan arah pergerakan konduktor. Ini adalah prinsip, ditemukan oleh Michael Faraday , di belakang pembangkit listrik rotary konvensional. Fisikawan asal Belanda Antoon Lorentz memberikan teori matematika untuk mengukur dampaknya.

Prinsip Kerja Magneto hidro dinamikaAliran (gerakan) dari plasma melaksanakan melalui medan magnet menyebabkan tegangan yang akan dihasilkan dan yang terkait arus mengalir di seluruh plasma, tegak lurus ke kedua aliran plasma dan medan magnet menurut aturan Tangan Kanan Fleming. Hukum Lorentz menggambarkan efek dari partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnet konstan dapat dinyatakan sebagai3F = q(v B)

Di mana:

F= gaya (gaya Lorentz) dari partikel (dibebankan) bertindak (vektor)v= kecepatan partikel (vektor)q= bertanggung jawab atas partikel (skalar)B= magnetic field (vector)Untuk gaya Lorentz yang ditimbulkan oleh arus listrik, I, dalam suatu medan magnet (B), rumusnya akan terlihat sebagai berikut (lihat arah gaya dalam kaidah tangan kanan):

Di mana :F = gaya yang diukur dalam unit satuan newtonI = arus listrik dalam ampereB = medan magnet dalam satuan teslaL = panjang kawat listrik yang dialiri listrik dalam satuan meter.

Gambar Gabungan medan magnet dan arah arus, (Gaya magnetik F tegak lurus arah arus I dan arah medan magnetik B)

2.2 Sistem Magneto Hydrodynamic (MHD)Sistem Magneto Hydrodynamic (MHD) sendiri secara luas dapat diklasifikasikan menjadi 2 ,yaitu :1. Sistem siklus terbuka2. Sistem siklus tertutupPerbandingan Antara Sistem Siklus Terbuka dan Sistem Siklus Tertutup

Sistem Siklus TerbukaSistem Siklus Tertutup

1. Di sini fluida kerja setelah pembangkit energi listrik dibuang ke atmosfir melalui stack.1. Di sini fluida kerja setelah pembangkit energi listrik didaur ulang ke sumber panas dan dengan demikian dapat digunakan lagi dan lagi.

2. Penyelenggaraan MHD generator dilakukan secara langsung pada produk pembakaran [seperti batubara, minyak, gas alam (gas panas membentuk unggulan dengan jumlah kecil dari logam alkali yang terionisasi seperti cesium atau kalium)] dalam sebuah sistem siklus terbuka.2. Dalam helium siklus tertutup sistem atau argon (dengan pembenihan cesium) digunakan sebagai fluida kerja.

3. Kebutuhan Suhu di sini sangat tinggi, yaitu sekitar 2300 C sampai dengan 2700 C.3. Kebutuhan suhu relatif sedikit, yakni sekitar 530 C.

4. Siklus MHD sistem terbuka melibatkan risiko teknologi kompleks yang relatif tinggi, terutama karena suhu tinggi yang diperlukan.4. Siklus MHD sistem tertutup melibatkan risiko teknologi sederhana yang relatif rendah, terutama karena suhu kerja relatif rendah.

5. Sesuai dengan penelitian terbaru dan pekerjaan pembangunan, efisiensi tampak relatif lebih tinggi.5. Sampai saat ini ada perkembangan yang signifikan telah terjadi dalam sistem ini, dan efisiensi yang tampaknya relatif kurang.

6. Lebih mahal dibandingkan dengan siklus MHD sistem tertutup.6. Cukup mahal.

1) SIKLUS SISTEM MHD TERBUKA

Siklus sistem MHD terbuka, ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Gambar menunjukkan siklus uap hibrida MHD, batubara diproses dan dibakar di ruang bakar pada suhu tinggi (2750-3000 K) dan tekanan (7 sampai 15 di atmosfer). Dengan udara dipanaskan untuk membentuk plasma. Plasma tersebut kemudian disalurkan dengan fraksi kecil (1%) dari logam alkali (kalium). Bagian HYBRID MHD aliran siklus terbuka merupakan Campuran yang memiliki konduktivitas elektrik dari sekitar 10 ohm / m diperluas melalui nozzle untuk meningkatkan kecepatan dan kemudian dilewatkan melalui medan magnet tinggi (5 sampai 7 teslas) dari generator MHD. Saluran Elektroda disediakan kontak listrik antara arus dan beban eksternal. Gas yang keluar dari generator MHD masih cukup panas dan digunakan untuk meningkatkan uap, yang menghasilkan energi tambahan dalam uap dalam turbin uap unit alternator. Sebagian dari uap ini juga digunakan dalam turbin uap yang menjalankan kompresor untuk udara kompresi dalam siklus MHD ini. Hasil akhir dari emisi gas berbahaya (belerang) juga dipisahkan dari gas sebelum dibuang ke atmosfer melalui cerobong. Untuk realisasi praktis efisien sistem MHD harus memiliki fitur sebagai berikut: 1. pengaturan udara untuk memanaskan gas untuk sekitar 2500 C sehingga gas konduktivitas listrik meningkat.2. Ruang pembakaran harus memiliki kerugian panas rendah3. manajemen A untuk menambahkan bahan ionisasi benih potensi rendah ke gas meningkatkan nilai konduktivitas nya. 4. air Sebuah didinginkan tetapi debu memperluas isolasi elektrik dengan elektroda umur panjang.5. Sebuah magnet mampu menghasilkan kerapatan fluks magnet yang tinggi6. Pemulihan Benih yang diperlukan untuk alasan lingkungan dan ekonomi.

2) SISTEM SIKLUS TERTUTUP MHD

Kelemahan utama dari sistem siklus terbuka yaitu suhu temperature harus sangat tinggi dan aliran yang sangat kimiawi aktif bisa dihapus, dengan menggunakan sistem siklus tertutup MHD. Pada siklus ini cairan (argon dan helium) bekerja dalam area tertutup, yang beredar dalam sebuah loop tertutup. Pada gambar menunjukkan sistem MHD siklus tertutup. Sistem yang lengkap memiliki tiga loop yang berbeda tetapi saling mendukung.Di sebelah kiri adalah loop pemanasan eksternal, gasifikasi batubara dan gas dengan nilai panas tinggi sekitar 5,35 / kg MJ dan suhu sekitar 530 C yang dibakar dalam ruang bakar untuk menghasilkan panas. Dalam penukar panas HX, panas ini akan dipindahkan ke argon fluida dalam kerja siklus MHD ini. Produk hasil pembakaran setelah melewati airpreheater (untuk memulihkan bagian dari panas hasil pembakaran) dan pemurnian (Untuk menghapus emisi berbahaya) dan dibuang ke atmosfer. Lingkaran di tengah adalah loop MHD. Gas argon panas diunggulkan dengan cesium dan melewati generator MHD. Output daya generator dc MHD dikonversi menjadi AC oleh inverter dan kemudian disisipkan kedalam grid. Lingkaran ditampilkan pada sisi kanan dalam gambar adalah loop uap untuk lebih lanjut pemulihan panas dari fluida dan mengkonversi panas ini menjadi energi listrik. Cairan melewati bursa panas HX2 dimana menanamkan panas ke air yang akan dikonversi menjadi uap. Uap ini digunakan sebagian untuk turbin yang menjalankan kompresor sebagian untuk sebuah turbin alternator. Output dari alternator juga ke grid. Sebuah sistem tertutup dapat memberikan listrik lebih bermanfaat. Perbedaan kedua siklus ini dimana dalam sistem siklus terbuka kerja fluida setelah membangkitkan energi listrik lalu dibuang ke atmosfir melalui stack. Dalam sistem siklus tertutup kerja fluida didaur ulang ke sumber panas dan digunakan lagi dan lagi. Kerja generator MHD langsung pada hasil pembakaran dalam sebuah sistem siklus terbuka dan pada sistem siklus tertutup tidak. Dalam sistem siklus terbuka bekerja fluida adalah udara. Dalam sistem tertutup atau siklus helium argon digunakan sebagai fluida kerja.

BAB IIIKESIMPULAN

3.1 Keunggulan Sistem MHDGenerasi MHD menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan dengan metode lainuntuk pembangkit listrik, diantaranya adalah sebagai berikut:1. Proses MHD mempunyai potensi untuk meningkatkan efisiensi pengkonversian energi sampai 50-60%.2. Proses MHD dapat mereduksi keperluan air pendingin dan polusi di atmosfer.3. Proses pembangkitan MHD dapat dipakai untuk semua jenis sumber panas seperti minyak, batu bara, nuklir, gas, matahari, termonuklir, dll.4. Pembangkitan MHD memberikan fleksibilitas operasi pada mode yang berbeda seperti beban puncak, beban utama, atau beban semi-puncak.5. Penelitian mengindikasikan bahwa MHD power generation membutuhkan biaya yang lebih rendah dibandingkan dengan pembangkitan daya konventional.6. Efisiensi penggunaan bahan bakar yang lebih tinggi yang berarti lebih baik. Mengurangi konsumsi bahan bakar akan menawarkan manfaat ekonomi dan sosial tambahan. 7. Sistem Siklus Tertutup menghasilkan tenaga bebas polusi.

3.2 Kekurangan Sistem MHDMeskipun memiliki sejumlah keuntungan, ternyata Sistem MHD memiliki kelemahan sendiri yang melarang komersialisasi tersebut. Kelemahan MHD System terdaftar di bawah ini:1. Sistem MHD menperoleh dampak dari arus balik (arus pendek) elektron melalui cairan di sekitar ujung medan magnet. Kerugian ini dapat dikurangi dengan: a. Meningkatkan rasio aspek dari generator.b. Dengan mengijinkan kutub medan magnet untuk memperpanjang bagian luar akhir elektroda. c. Dengan menggunakan baling-baling berisolasi dalam saluran fluida dan pada inlet dan outlet .2. Akan ada kerugian gesekan tinggi dan kerugian transfer panas. Kerugian gesekan mungkin setinggi 12% input.3. Sistem MHD beroperasi pada suhu yang sangat tinggi untuk mendapatkan tinggi listrik konduktivitas. Tetapi elektroda harus relatif pada temperatur rendah dan karenanya gas di sekitar elektroda lebih dingin. Hal ini meningkatkan resistivitas gas dekat elektroda dan maka akan ada tegangan turun sangat besar di film gas. Dengan menambahkan bahan benih, resistivitasnya akan dapat dikurangi. 4. Sistem MHD membutuhkan magnet yang sangat besar dan ini membutuhkan biaya besar.5. Batubara, bila digunakan sebagai bahan bakar, menimbulkan masalah abu cair yang mungkin terjadi arus pendek pada elektroda.Oleh karena itu, minyak atau gas alam dianggap lebih banyak digunakan sebagai bahan bakar untuk sistem ini.Pembatasan penggunaan bahan bakar membuat operasi lebih mahal.