TUGAS 1 THERMODINAMIKA II

SIKLUS TENAGA UAP DENGAN PEMANASAN ULANG

Oleh :

M. Hery Saputra (111032191)

Budi Cahyono (121032047)

Julianto (121032014)

Andi Irawan (111031170)

Prasetyo Guntoro (111031173)

Agustinus (111036201)

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT SAINS DAN TEKNOLOGI AKPRIND

YOGYAKARTA

2013

BAB I

PENDAHULUAN

 

1.1 Latar Belakang

Siklus tenaga uap dengan pemanasan ulang (reheat) adalah modifikasi dari Siklus

Rankine Ideal, dimana seluruh uap dikeluarkan dari turbin sesudah ekspansi sebagian

dan dikembalikan ke ketel dimana sejumlah panas ditambahkan kedalam uap ini. Pada

tekanan konstan dalam bagian ketel yang digunakan untuk pemanasan ulang.

Penggunaan tekanan yang lebih tinggi menaikkan efisiensi panas siklus, jika siklus

tersebut adalah siklus sederhana. Siklus pemanasan ulang mungkin efisien dan mungkin

juga tidak. siklus sederhana jika beroperasi pad tekanan temperature yang sama. selama

tekanan pemanasan ulang diatas 80% tekanan maksimum sistem, efisiensi panasnya

biasanya melebihi siklus sederhana.

Salah satu contoh penerapan siklus tenaga uap dengan pemanasan ulang ini

adalah pada pembangkit listrik tenaga uap (PLTU).

Pada makalah ini penulis akan membahas mengenai siklus tenaga uap dengan

pemanasan ulang yang diaplikasikan pada pembangkit listrik tenaga uap (PLTU).

1.2 Rumusan masalah

1. Pengertian dari Siklus Rankine Ideal?

2. Pengertian dari siklus tenaga uap dengan pemanasan ulang?

3. Aplikasi siklus tenaga uap dengan pemansan ulang?

1.3 Tinjauan penulis

1. Pembaca mengetahui pengertian dari Siklus Rankine Ideal.

2. Pembaca memahami tentang siklus tenaga uap dengan pemanasan ulang.

3. Pembaca mengetahui tentang aplikasi siklus tenaga uap dengan pemaanasan ulang.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Siklus Rankine Ideal

Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi

kerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup. Siklus ini menghasilkan 80%

dari seluruh energi listrik yang dihasilkan di seluruh dunia. Siklus ini dinamai untuk

mengenang ilmuwan Skotlandia, William John Maqcuorn Rankine.

Siklus Rankine Ideal merupakan siklus teoritis paling sederhana yang

menggunakan uap sebagai medium kerjanya. Siklus Rankine ideal terdiri dari proses

kompresi isentropik pada pompa, penambahan kalor pada tekanan konstan di

boiler/ketel, ekspansi isentropik pada turbin, dan pelepasan kalor pada tekanan tetap di

kondensor. Gambar 2.1 merupakan skema sederhana dari Siklus Rankine.

Gambar 2.1

Sedangkan pernyataan prosesnya pada diagram T-s ditunjukan pada gambar 2.2 di bawah ini.

Gambar 2.2

Terdapat 4 proses dalam siklus Rankine, setiap siklus mengubah keadaan fluida (tekanan

dan/atau wujud).

Proses 1: Fluida dipompa dari bertekanan rendah ke tekanan tinggi dalam bentuk cair.

Proses ini membutuhkan sedikit input energi.

Proses 2: Fluida cair bertekanan tinggi masuk ke boiler di mana fluida dipanaskan

hingga menjad uap pada tekanan konstan menjadi uap jenuh.

Proses 3: Uap jenuh bergerak menuju turbin, menghasilkan energi listrik. Hal ini

mengurangi temperatur dan tekanan uap, dan mungkin sedikit kondensasi juga terjadi.

Proses 4: Uap basah memasuki kondenser di mana uap diembunkan dalam tekanan

dan temperatur tetap hingga menjadi cairan jenuh.

Pekerjaan Keluaran siklus ( Turbin uap), W1 dan masukan pekerjaan kepada siklus

(Pompa), W2 adalah:

W1 = m (h1-h2)

W2 = m (h4-h3)

di mana m adalah aliran massa siklus. Panas menyediakan kepada siklus ( ketel uap), Q1

dan panas menolak dari siklus ( pemadat), Q2 adalah:

Q1 = m (h1-h4) 

Q2 = m (h2-h3)

kerja keluaran siklus adalah:

W = W1 - W2

Turbine:

- Energi dalam  pada tekanan uap tinggi  bekerja

- Tekanan menurunkan Pboiler ke Pcondenser

Condensor:

- Memadatkan uap air.

- Tekananya tetap.

- Ciptakan ruang hampa atau tekanan rendah pada Pcondenser

- Cairan keluar sebagai SATURATED LIQUID

Pompa ( Feedwater Pompa):

- Tekanan uap air meningkat dari Pcondenser ke Pboiler

- Konsumsi tenaga.

Ketel uap (boiler)

- Energi Masuk ke tekanan tinggi memberi air untuk uap air

- Tekanan konstat pada tekanan tinggi, Pboiler.

Dalam siklus Rankine ideal, pompa dan turbin adalah isentropic, yang berarti

pompa dan turbin tidak menghasilkan entropi dan memaksimalkan output kerja. Dalam

siklus Rankine yang sebenarnya, kompresi oleh pompa dan ekspansi dalam turbin tidak

isentropic. Dengan kata lain, proses ini tidak bolak-balik dan entropi meningkat selama

proses. Hal ini meningkatkan tenaga yang dibutuhkan oleh pompa dan mengurangi

energi yang dihasilkan oleh turbin. Secara khusus, efisiensi turbin akan dibatasi oleh

terbentuknya titik-titik air selama ekspansi ke turbin akibat kondensasi. Titik-titik air ini

menyerang turbin, menyebabkan erosi dan korosi, mengurangi usia turbin dan efisiensi

turbin. Cara termudah dalam menangani hal ini adalah dengan memanaskannya pada

temperatur yang sangat tinggi.

Efisiensi termodinamika dalam Siklus Rankine ini bisa didapatkan dengan

meningkatkan temperatur input dari siklus. Terdapat dua cara dalam meningkatkan

efisiensi siklus Rankine, yaitu :

1. Siklus Rankine dengan pemanasan ulang

Dalam siklus ini, dua turbin bekerja secara bergantian. Yang pertama menerima uap

dari boiler pada tekanan tinggi. Setelah uap melalui turbin pertama, uap akan masuk

ke boiler dan dipanaskan ulang sebelum memasuki turbin kedua, yang bertekanan

lebih rendah. Manfaat yang bisa didapatkan diantaranya mencegah uap

berkondensasi selama ekspansi yang bisa mengakibatkan kerusakan turbin, dan

meningkatkan efisiensi turbin.

2. Siklus Rankine regeneratif

Konsepnya hampir sama seperti konsep pemanasan ulang. Yang membedakannya

adalah uap yang telah melewati turbin kedua dan kondenser akan bercampur dengan

sebagian uap yang belum melewati turbin kedua. Pencampuran terjadi dalam

tekanan yang sama dan mengakibatkan pencampuran temperatur. Hal ini akan

mengefisiensikan pemanasan primer.

Di sini penulis akan coba membahas mengenai salah satu bentuk efisiensi Siklus Rankine

yaitu dengan cara pemanasan ulang dan aplikasinya.

2.2 Siklus Tenaga Uap Dengan Pemanasan Ulang (Reheat) dan Aplikasinya

Siklus tenaga uap dengan pemanasan ulang adalah perbaikan siklus tenaga uap

sederhana yang dilakukan dengan jalan pemanasan ulang (reheat), dimana setelah uap

berekspansi didalam turbin, uap tersebut keluar dari turbin dan dialirkan kedalam alat

pemanas lanjut (reheater) yang berada didalam ketel/boiler untuk dipanaskan kembali,

kemudian baru uap itu dimasukkan kedalam turbin berikutnya. Dengan demikian uap

yang dialirkan ke turbin energinya telah diperbesar dan setelah berekspansi di turbin uap,

kondisi akhir uap tekanannya menjadi berkurang (kurang dari 1 atmosfir) didalam

kondensor dengan kebasahan yang tertentu. Dengan pemanasan ulang (reheat), suatu

pembangkit tenaga uap dapat memanfaatkan peningkatan efisiensi yang dihasilkan

tekanan boiler yang lebih tinggi sekaligus menghindari kualitas rendah uap pada bagian

keluar turbin. Skema siklus tenaga uap dengan pemanasan ulang (reheat) ditunjukkan

pada Gambar 2.3 di bawah ini.

Gambar 2.3

Pada siklus diatas dapat dilihat uap yang masuk ke turbin dikembalikan lagi ke boiler.

Biasanya turbin ini bertekanan tinggi dan turbin kedua merupakan turbin tekanan rendah.

Untuk diagram T-s siklus tenaga uap dengan pemanasan ulang ditunjukkan pada gambar

2.4 di bawah ini.

Gambar 2.4

Pada diagram di atas dapat dilihat bahwa terjadi pemanasan ulang yaitu pada (4-5).

Keuntungan pemanasan ulang adalah meningkatkan kualitas uap di bagian luar turbin.

Aplikasi siklus tenaga uap dengan pemanasan ulang (reheat) memang tidak

sesederhana seperti gambar di atas. Gambar 2.5 di bawah ini menunjukan salah satu

instalasi pembangkit listrik tenaga uap.

Gambar 2.5

Air laut yang jumlahnya melimpah ruah dipompa oleh CWP (Circulating Water Pump)

(1) yang sebagian besar dipakai untuk media pendingin di Condenser (6) dan sebagian

lagi dijadikan air tawar di Desalination Evaporator (2). Setelah air menjadi tawar,

kemudian dipompa oleh Distillate Pump (3) untuk kemudian dimasukkan ke dalam Make

Up Water Tank (4) yang kemudian dipompa lagi masuk ke sistem pemurnian air

(Demineralizer) dan selanjutnya dimasukkan ke dalam Demin Water Tank (5). Dari sini

air dipompa lagi untuk dimasukkan ke dalam Condenser bersatu dengan air kondensat

sebagai air benam ban. Air kondensat yang kondisinya sudah dalam keadaan murni

dipompa lagi dengan menggunakan pompa kondensat, kemudian dimasukkan ke dalam 2

buah pemanas Low Pressure Heater (7) dan kemudian diteruskan ke Deaerator (8) untuk

mengeluarkan atau membebaskan unsur O2 yang terkandung dalam air tadi. Selanjutnya

air tersebut dipompa lagi dengan bantuan Boiler Feed Pump (9) dipanaskan lagi ke

dalam 2 buah High Pressure Heater (10) untuk diteruskan ke dalam boiler yang terlebih

dahulu dipanaskan lagi dengan Economizer (11) baru kemudian masuk ke dalam Steam

Drum (12). Proses pemanasan di ruang bakar menghasilkan uap jenuh dalam steam

drum, dipanaskan lagi oleh Superheater (14) untuk kemudian dialirkan dan memutar

Turbin Uap (15). Uap bekas yang keluar turbin diembunkan dalam condenser dengan

bantuan pendinginan air laut kemudian air kondensat ditampung di hot well.

Bahan bakar berupa residu/MFO dialirkan dari kapal/tongkang (16) ke dalam Pumping

House (17) untuk dimasukkan ke dalam Fuel Oil Tank (18). Dari sini dipompa lagi

dengan fuel oil pump selanjutnya masuk ke dalam Fuel Oil Heater (19) untuk dikabutkan

di dalam Burner (20) sebagai alat proses pembakaran bahan bakar dalam Boiler.

Udara di luar dihisap oleh FDF (Forced Draught Fan) (21) yang kemudian dialirkan ke

dalam pemanas udara (Air Heater) (22) dengan memakai gas bekas sisa pembakaran

bahan bakar di dalam Boiler (13) sebelum dibuang ke udara luar melalui Cerobong/Stack

(23). Perputaran Generator (24) akan menghasilkan energi listrik yang oleh

penguat/exciter tegangan mencapai 11,5 kV, kemudian oleh Trafo Utama/Main

Transformater (25) tegangan dinaikkan menjadi 150 kV. Energi listrik itu lalu dibagi

melalui Switch Yard (26) untuk kemudian dikirim ke Gardu Induk melalui Transmisi

Tegangan Tinggi (27). Kemudian, tenaga listrik itu dialirkan lagi pada para konsumen.

BAB III

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Siklus tenaga uap dengan pemanasan ulang adalah perbaikan dari siklus tenaga

uap sederhana (Siklus Rankine Ideal) dengan jalan pemanasan ulang (reheat), dimana

setelah uap berekspansi didalam turbin, uap tersebut keluar dari turbin dan dialirkan

kedalam alat pemanas lanjut (reheater) yang berada didalam ketel/boiler untuk

dipanaskan kembali, kemudian baru uap itu dimasukkan kedalam turbin berikutnya.

Keuntungan pemanasan ulang adalah meningkatkan kualitas uap di bagian luar turbin.

Aplikasi dari siklus tenaga uap dengan pemanasan ulang (reheat) salah satunya adalah

pada pembangkit listrik tenaga uap (PLTU).

Daftar Pustaka

1. http://tutorialteknik.blogspot.com/2011/05/siklus-rankine-ideal.html

2. http://vanbigbro.wordpress.com/2008/10/29/steam-power-plant/

3. http://books.google.co.id/books?

id=M2WupzYAW2MC&pg=PA15&lpg=PA15&dq=Siklus+Rankine+dengan+pema

nasan+ulang&source=bl&ots=EYxCvLUttP&sig=NcGS1itDI7fbM7_GpaS8_9_giRo

&hl=en&sa=X&ei=7AVhUa7gJomQrge3g4F4&redir_esc=y#v=onepage&q=Siklus

%20Rankine%20dengan%20pemanasan%20ulang&f=true

4. http://pelajarannihitarintopangrib.blogspot.com/2013/02/prinsip-kerja-pltu.html