Termodinamika Siklus Ideal Rankine

• Siklus Ideal Rankine

Gambar 3. Diagram Temperatur – entropi untuk siklus Rankine ideal.
Proses 1-2  :  ekspansi isentropik fluida kerja pada turbin dari uap jenuh pada keadaan 1 ke tekanan kondenser
Proses 2-3 :  perpindahan kalor dari fluida kerja ketika mengalir pada tekanan
konstan melalui kondenser dengan cairan jenuh pada keadaan3.
Proses 3-4 :  kompresi isentropik didalam pompa ke keadaan 4 di daerah cairan terkompresi
Proses 4-1 :  perpindahan kalor ke fluida kerja ketika mengalir pada tekanan konstan melalui boiler untuk menyelesaikan siklus.
Siklus  ideal  Rankine  juga  meliputi  kemungkinan  pemanasan  lanjut/superheat  uap  seperti  yang  digambarkan  pada  siklus  1’-2’-3-4-1’.  Kerja pompa bisa juga dicari dengan rumus :

notasi int rev menerangkan bahwa proses reversibel internal  pada pompa. Dengan mengintegral persamaan diatas:

• Pengaruh Tekanan Boiler Dan Kondenser Pada Siklus Rankine

Dari gambar T-S diagram siklus Rankine ideal luas daerah 1-b-c-4-a-1 adalah menyatakan perpindahan kalor kedalam fluida kerja per satuan massa pada boiler. Dirumuskan :

dimana tanda strip diatas menunjukkan harga rata-rata.
Dengan cara yang sama , luas daerah 2-b-c-3-2 mewakili perpindahan kalor dari  uap  terkondensasi  persatuan  massa  yang  melalui  kondenser, dirumuskan:


Efisiensi  Thermal  siklus  Rankine  ideal  dalam variabel  perpindahan kalor adalah :

Gambar 4. Pengaruh variasi tekanan kerja pada siklus Rankine ideal. (a). Pengaruh tekanan boiler. (b). Pengaruh tekanan kondenser.
Gambar  A.  memperlihatkan dua siklus ideal  yang mempunyai  tekanan kondenser sama tetapi tekanan boiler berbeda. Suhu rata-rata dari kalor yang
ditambahkan  terlihat  lebih  besar  pada  siklus  1’-2’-3-4’-1’  daripada  siklus 1-2-3-4-1. Sehingga kenaikan tekanan boiler akan menaikkan efisiensi termal siklus Rankine.
Gambar B. memperlihatkan dua siklus yang mempunyai tekanan boiler sama tetapi  tekanan kondenser  yang berbeda.  Satu kondenser  beroperasi
pada tekanan atmosfir  dan yang lainnya mempunyai  tekanan kurang dari tekanan atmosfir. Suhu kalor yang dibuang pada siklus 1-2-3-4-1 adalah 100 Derajat C.
Suhu kalor  yang dilepas pada siklus 1-2”-3”-4”-1  adalah lebih rendah, karena  itu  mempunyai  efisiensi  termal  yang  lebih  besar.  Jadi  penurunan tekanan kondenser akan meningkatkan efisiensi termal. Tekanan kondenser yang paling rendah yang mungkin adalah tekanan jenuh/saturasi pada suhu ambien/batas. Ini adalah suhu yang paling rendah yang  paling  mungkin  dilepas  ke  lingkungan.  Alasan  utama  kenapa
menggunakan kondenser  pada pembangkit  adalah untuk menjaga tekanan gas serendah mungkin pada turbin (pembangkit).  Penambahan kondenser juga memungkinkan fluida kerja mengalir dalam loop tertutup.

• Prinsip-prinsip Ireversibilitas Dan Kerugian

Input kerja pada pompa untuk mengatasi efek gesekan juga akan mengurangi daya output pembangkit. Akan ada kenaikan entropi pada pompa. Proses 3-4  mewakili  proses  pemompaan  sebenarnya.  Daya  input  ke  pompa  akan menjadi lebih besar pada proses 3-4 dibandingkan proses isentropik 3-4s.
Efisiensi pompa isentropik :

Ireversibilitas pada pompa mempunyai  dampak yang lebih kecil  pada kerja pembangkit bila dibandingkan terhadap ireversibilitas pada turbin.

Gambar 6. Diagram Temperatur – entropi yang menunjukkan  pengaruh ireversibilitas pada turbin dan pompa.