siklus rankine dan brayton
DESCRIPTION
brytonTRANSCRIPT
SIKLUS RANKINE DAN BRAYTON
A. Siklus Rankine
Siklus Rankine merupakan siklus ideal dalam tenaga uap. Pada siklus ini
terdapat beberapa proses, yaitu kompresi isentropik, penambahan panas isobarik,
ekspansi isentropik, dan pelepasan panas isobarik. Fluida kerja pada siklus
Rankine ada dua fase, yaitu cair dan uap. Pada siklus tenaga uap Rankine, fluida
yang umum digunakan adalah air, sedangkan fluida kerja lainnya adalah
potassium, sodium, rubidium, ammonia, dan senyawa karbon aromatik. Merkuri
juga dapat digunakan sebagai fluida kerja siklus Rankine, hanya saja
kekurangannya yaitu harganya mahal.
Pada siklus Rankine terdapat 4 komponen, yaitu pompa, turbin,
kondensor, dan boiler.
Gambar 1. Skema Siklus Rankine
Fluida kerja berupa air jenuh pada kondensor dikompresi pompa sampai masuk
boiler atau ketel uap. Dari proses kompresi pada pompa terjadi kenaikan
temperatur. Kemudian di dalam boiler air dipanaskan. Sumber energi panas
berasal dari proses pembakaran atau dari energi yang lainnya seperti nuklir, panas
matahari, dan lainnya. Uap yang sudah dipanaskan di boiler kemudian masuk
turbin. Fluida kerja mengalami ekspansi sehingga temperatur dan tekanan turun.
Selama proses ekspansi, pada turbin terjadi perubahan dari energi fluida menjadi
energi mekanik pada sudu-sudu menghasilkan putaran poros turbin. Uap yang
keluar dari turbin kemudian dikondensasi pada kondensor sehingga sebagian
besar uap air menjadi mengembun. Kemudian siklus berulang lagi.
Jika fluida kerja melewati bermacam-macam komponen dari siklus daya
uap sederhana tanpa bolak-balik, gesekan pressure drop dari boiler, kondensor
dan fluida kerja akan mengalir melalui komponen pada tekanan konstan. Di
samping itu tidak ada reversibilitas dan perpindahan panas dengan lingkungan.
Proses melalui turbin dan pompa dalam keadaan isentropis sehingga suatu siklus
menjadi ideal.
Adapun beberapa penyimpangan dalam sikluas Rankine yang terjadi
disebabkan oleh :
1. Adanya friksi fluida yang menyebabkan turunnya tekanan di boiler dan
kondensor sehingga tekanan uap saat keluar boiler sangat rendah. Hal ini
mengakibatkan kerja yang dihasilkan turbin menurun dan efisiensinya
menurun. Oleh sebab itu, hal ini dapat diatasi dengan meningkatkan tekanan
fluida yang masuk.
2. Adanya kalor yang hilang ke lingkungan sehingga kalor yang diperlukan dalam
proses bertambah dan dampaknya efisiensi termalnya berkurang.
Penyimpangan siklus aktual dari siklus ideal dikarenakan karena beberapa
faktor seperti gesekan fluida, kerugian panas, dan kebocora uap. Gesekan fluida
mengakibatkan tekanan jatuh pada banyak peralatan seperti boiler, kondensor, dan
pipa. Pressure drop yang besar mengakibatkan pompa membutuhkan tenaga yang
lebih untuk memompa air ke boiler. Pressure drop juga mengakibatkan tekanan
uap dari boiler ke turbin menjadi lebih rendah sehingga kerja turbin tidak
maksimal. Kerugian panas banyak terjadi pada peralatan.
B. Siklus Brayton
Siklus Brayton adalah siklus termodinamika yang menggambarkan cara
kerja mesin panas tekanan konstan. Mesin turbin gas dan mesin jet air breathing
menggunakan Brayton Cycle. Meskipun siklus Brayton biasanya dijalankan
sebagai sistem terbuka (dan memang harus dijalankan seperti jika pembakaran
internal yang digunakan). Hal itu secara konvensional diasumsikan untuk
keperluan analisis termodinamika bahwa gas buang digunakan kembali dalam
intake, analisis memungkinkan sebagai sistem tertutup. Fase fluida yang terjadi
pada siklus Brayton ini berupa fluida fase gas. Dalam siklus ini terdapat 3
komponen yaitu, kompresor gas, burner, dan turbin ekspansi.
1. Brayton siklus ideal
Proses isentropik berupa ambien udara ditarik ke dalam kompresor, di
mana ia bertekanan . Proses isobarik berupa udara tekan kemudian berjalan
melalui ruang pembakaran, dimana bahan bakar dibakar, pemanas yang udara
proses konstan tekanan , karena ruang terbuka mengalir masuk dan keluar. Udara
bertekanan kemudian memberikan energi, memperluas melalui turbin (atau
serangkaian turbin). Beberapa pekerjaan yang diekstrak oleh turbin digunakan
untuk menggerakkan kompresor. Proses isobarik berupa penolakan panas (di
atmosfer).
2. Brayton siklus Aktual
Proses adiabatik - kompresi.
Proses isobarik - selain panas.
Proses adiabatik - ekspansi.
Proses isobarik - penolakan panas.Karena baik kompresi maupun ekspansi dapat benar-benar isentropik, kerugian
melalui kompresor dan ekspander tersebut merupakan sumber inefisiensi kerja tak
terhindarkan. Secara umum, meningkatkan rasio kompresi adalah cara yang paling
langsung untuk meningkatkan output daya keseluruhan sistem Brayton.