Memahami Siklus Rankine dalam Termal: Proses konversi energi panas menjadi energi mekanik dalam mesin uap untuk aplikasi industri dan pembangkit listrik.
Memahami Siklus Rankine dalam Termal
Siklus Rankine adalah salah satu siklus termodinamika yang paling penting dalam bidang termal. Siklus ini banyak digunakan dalam pembangkit listrik tenaga uap untuk mengubah energi panas menjadi energi mekanis, dan selanjutnya menjadi energi listrik. Pemahaman mengenai Siklus Rankine sangat penting bagi mereka yang tertarik dalam bidang teknik mesin dan teknik energi.
Komponen Siklus Rankine
Berikut adalah penjelasan singkat tentang masing-masing komponen:
1. Pompa
Pompa berfungsi untuk meningkatkan tekanan cairan kerja (biasanya air) dari tekanan kondensornya ke tekanan boiler. Proses ini biasanya dikarakteristikkan sebagai proses isentropik, yang berarti tidak ada entropi yang dihasilkan selama proses ini.
2. Boiler
Di dalam boiler, cairan kerja dipanaskan oleh sumber energi eksternal (seperti bahan bakar fosil atau energi nuklir) hingga mencapai kondisi uap jenuh atau uap superheated. Ini adalah proses isobar, yang berarti tekanan tetap konstan sepanjang proses.
3. Turbin
Uap kemudian memasuki turbin, di mana ekspansi isentropik terjadi. Ekspansi ini mengubah energi termal dari uap menjadi energi mekanis, yang kemudian dapat digunakan untuk menggerakkan generator listrik.
4. Kondensor
Uap yang keluar dari turbin kemudian didinginkan di dalam kondensor hingga kembali menjadi cairan. Proses ini adalah proses isobar, seperti di boiler, di mana tekanan tetap konstan. Kondensor biasanya menggunakan air dingin dari sumber eksternal (seperti sungai atau laut) untuk proses pendinginan.
Diagram T-s dan Proses Siklus Rankine
Siklus Rankine dapat digambarkan dalam diagram T-s (Temperatur-Entropi), yang menunjukkan empat proses utama dalam siklus:
Jika kita mengikuti urutan proses pada diagram T-s, kita dapat melihat bahwa keseluruhan siklus terdiri dari dua proses isentropik dan dua proses isobar, menggambarkan bagaimana energi termal diubah menjadi energi mekanis kemudian kembali lagi menjadi bentuk cair. Semua ini membentuk satu siklus tertutup yang terus berulang.
Efisiensi Siklus Rankine
Efisiensi termal dari Siklus Rankine dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
\[ \eta = \frac{W_{\text{turbin}} – W_{\text{pompa}}}{Q_{\text{boiler}} } \]
di mana:
Meningkatkan efisiensi siklus Rankine dapat dilakukan dengan beberapa cara, seperti menggunakan reheater untuk memanaskan ulang uap sebelum ekspansi kedua di turbin, dan menggunakan regenerator untuk memanaskan air yang masuk ke boiler dengan memanfaatkan panas dari uap keluar turbin.
Dengan memahami prinsip dasar dan cara kerja Siklus Rankine, kita dapat lebih mudah mengerti bagaimana energi panas diubah menjadi energi listrik di pembangkit listrik tenaga uap. Selain itu, pemahaman ini juga membuka jalan bagi inovasi lebih lanjut dalam meningkatkan efisiensi dan kinerja sistem pembangkit listrik.