oleh: Tri Ayodha Ajiwiguna
Siklus rankine yaitu sebuah siklus termodinamika yg mengkonversi energi kalor menjadi kerja (energi gerak) berupa pergerakan piston / putaran turbin. Prinsip kerja dari sikus ini intinya yaitu dengan buat uap bertekanan & temperatur tinggi kemudian dialirkan ke turbin sehingga terjadi kerja. Uap yg keluar dari turbin kemudian dicairkan lagi sehingga berfasa liquid. Air dalam fasa liquid ini kemudian dipompa lagi ke boiler untuk dijadikan uap lagi. Proses ini berlangsung terus menerus sehingga putaran turbin juga terjadi secara kontinu. Siklus ini banyak diterapkan pada pembangkit listrik tenaga uap (Steam Power Plant).
Dari klarifikasi di atas maka proses yg terjadi pada siklus rankine yaitu penguapan/pendidihan, perluasan turbin, kondensasi, & pemompaan. Setiap proses tersebut terjadi di masing-masing komponen, yaitu boiler, turbin, kondenser, & pompa. Untuk lebih jelasnya sanggup dilihar gambar 1.
Gambar 1. Skema Siklus Rankine
Pada gambar telihat bahwa dalam siklus rankine terdapat empat komponen utama yaitu: boiler, turbin, kondenser, & pompa. Oleh sebab itu dalam siklus ini juga terdapat empat proses yaitu:
- Titik 1 ke 2 yaitu proses pendidihan fluida kerja. Pada proses ini fluda yg berfasa liquid masuk ke dalam boiler untuk mendapat kalor sehingga terjadi perubahan2 fasa menjadi uap bertekanan & temperatur tinggi.
- Titik 2 ke 3 yaitu proses perluasan turbin. Pada proses ini fluida kerja di titik2 masuk ke turbin sehingga putaran turbin berupa kerja dihasilkan. Fluida kerja yg keluar dari turbin bertekanan & temperatur lebih rendah. Kerja turbin inilah yg dikhasiatkan untuk banyak sekali keperluan ibarat pembangkit listrik.
- Titik 3 ke titik 4 yaitu proses kondensasi. Pada proses ini fluida kerja yg keluar dari turbin masih berfasa uap. Oleh sebab itu perlu dikondensasikan dengan melepaskan kalor sehingga fasanya bermetamorfosis liquid.
- Titik 4 ke 1 yaitu proses pompa. Pada proses ini fluida kerja di titik 4 yg sudah liquid dipompakan kembali ke boiler. Kerja eksternal dibutuhkan supaya proses pemompaan berjalan. Setelah dipompa maka tekanan fluida kerja menjadi tinggi.
Proses yg terjadi pada setiap komponen berlaku aturan kekekaan energi & massa. Dalam siklus rankine sederhana ini pemikiran massa tidak berubah Aliran energi yg masuk ke dalam sistem rankine terjadi pada boiler berupa kalor & pada pompa berupa kerja. Se&gkan energi yg keluar sistem ini terjadi pada komponen kondenser berupa kalor & pada turbin berupa kerja.
Siklus ini merupakan salah satu siklus mesin kalor, sehingga performansinya dinyatakan dengan nilai efisiensi, yaitu perbandingan antara kerja higienis yg dihasikan & energi kalor yg masuk ke dalam sistem / sanggup dituliskan sebagai berikut:
Contoh soal:
Sebuah pembangkit listrik tenaga uap menggunakan siklus rankine sebagai prinsip dasarnya. Air masuk ke dalam boiler pada tekanan 5 MPa & temperatur 80 oC. Uap yg dihasilkan boiler bertekanan 5 MPa & temperatur 600 oC. Uap ini kemudian masuk ke dalam turbin sehingga menghasilkan kerja sebesar 5 MW. Uap yg keluar dari turbin bertekanan 150 kPa dengan keadaan saturasi gas. Setelah itu uap dicairkan melalui kondenser sehingga temperaturnya 70 oC.
Tentukan:
- Berapa laju pemikiran massa fluida kerja?
- Berapa energi kalor yg dibutuhkan pada boiler?
- Berapa energi kalor yg buang oleh kondenser?
- Berapa kerja yg butuhkan oleh pompa?
- Berapa efisiensi dari mesin ini?
Solusi: