Siklus Rankine adalah siklus daya
uap digunakan untuk menghitung atau
memodelkan proses kerja mesin uap / turbin uap. Siklus ini bekerja dengan
fluida kerja air. Semua PLTU (pembangkit listrik tenaga uap)
bekerja berdasarkan prinsip kerja siklus Rankine.
GAMBAR 1. diagram T-s untuk air
T-s
diagram adalah diagram yang menggambarkan hubungan antara temperatur (T) dengan
entropi (s) fluida pada kondisi tekanan, entalpi, fase dan massa jenis
tertentu. Jadi pada diagram T-s terdapat besaran-besaran tekanan, massa jenis,
temperatur, entropi, entalpi dan fase fluida. Selain diagram T-s juga dikenal
Mollier diagram atau h-s diagram. Berikut ini adalah h-s diagram untuk air.
GAMBAR 2. diagram h-s untuk air
Diagram h-s menggambarkan hubungan antara energi total
(entalpi (h)) dengan entropi (s). Untuk setiap fluida memiliki diagram h-s nya
sendiri-sendiri. Kedua diagram ini dapat digunakan untuk menghitung kinerja
pembangkit listrik tenaga uap dengan menggunakan siklus Rankine.
Pada T-s diagram terdapat garis lengkung berbentuk kubah yang
disebut kubah uap. Puncak kubah uap ini terdapat sebuah titik yang disebut
titik kritis. Bila fluida dipanaskan pada tekanan kritis yaitu tekanan pada
titik kritis ini, maka pada saat temperatur fluida mencapai temperatur
kritisnya, semua molekul fluida akan berubah secara cepat dari fase cair
menjadi fase gas (uap) tanpa ada proses penyerapan panas laten (panas
penguapan) oleh sebab itu titik ini disebut titik kristis fluida.
Titik kritis air
Untuk air, titik kritis berapa pada tekanan 218 atm (22,064
MPa) dan temperatur 374 oC. Jadi bila air dipanaskan pada tekanan
22,064 Mpa atau 218 atm, maka ketika temperatur air mencapai 374 oC,
secara cepat air akan berubah langsung dari fase cair menjadi fase gas tanpa
melalui proses penyerapan energi untuk proses penguapan.
Dari titik kristis ke arah kanan mengikuti garis kubah uap
disebut garis uap jenuh. Bila fluida berada pada kondisi tekanan dan temperatur
yang sesuai dengan garis ini, maka fluida tersebut berada pada kondisi 100% uap
jenuh. Dari titik kristis ke arah kiri mengikuti garis kubah uap, disebut garis
cair jenuh. Pada garis ini fluida memiliki fase cair 100%.
Di dalam kubah uap adalah daerah panas laten yaitu panas
penguapan atau panas pengembunan. Pada daerah ini fluida berada dalam kondisi 2
fase yaitu fase cair dan fase gas bercampur menjadi satu. Kadar uap dapat
ditentukan dari garis kadar uap.
Di dalam kubah uap adalah daerah panas laten yaitu panas
penguapan atau panas pengembunan. Pada daerah ini fluida berada dalam kondisi 2
fase yaitu fase cair dan fase gas bercampur menjadi satu. Kadar uap dapat
ditentukan dari garis kadar uap.
Bila kita memanaskan air dari kondisi cair misalnya pada
tekanan konstan 1 atm dan mulai dari temperatur 18 oC hingga
temperatur 230 oC, maka pada diagram T-s dapat digambar sebagai
berikut.
Bila panas terus diberikan, temperatur air tidak akan naik tetapi
terjadi perubahan fase air dari fase cair menjadi fase gas. Perubahan fase ini
mengikuti garis B-C.
Pada proses ini
terjadi penyerapan kalor (energi) yang digunakan untuk mengubah fase zat, pada
kondisi temperatur konstan. Energi yang diserap ini tidak dapat di ukur dengan
menggunakan termometer karena temperatur fluida tidak berubah. Oleh sebab itu,
proses ini disebut proses penyerapan panas laten (non sensibel heat).
Pada proses ini entropi air bertambah dari 1,3 kJ/kg.K
menjadi 7,6 kJ/kg.K. Proses terus berlanjut hingga titik C yaitu titik yang
tepat berada pada garis uap jenuh. Pada titik C semua molekul air telah berubah
menjadi fase gas. Antara titik B dan titik C adalah kondisi 2 fase yaitu
campuran gas dan cair.
Kadar uap dalam campuran ini disebut faktor kebasahan atau
sering disingkat dengan huruf X. besar faktor kebasahan dapat dihitung dengan
mengunakan rumus :
besar faktor kebasahan X dapat dihitung dengan mengunakan
rumus :
X : faktor kebasahan (%) menyatakan persentase uap
hg(t) : entalpi uap pada temperatur fluida
tertentu (kJ/kg)
hf : entalpi cair (kJ/kg)
hfg : entalpi perubahan dari cair ke gas (kJ/kg)
sg(t) : entropi uap pada temperatur fluida tertentu
(kJ/kg.K)
sf : entropi cair (kJ/kg.K)
sfg : entropi perubahan dari cair ke gas (kJ/kg.K)
misalkan pada proses pemanasan air di
atas, kita hendak mengetahui berapa kadar uap pada saat entropi air = 4
kJ/kg.K, maka kadar uap dapat dihitung :
Artinya pada saat entropi fluida
mencapai 4 kJ/kg.K kadar uap dalam campuran adalah 44,6 %.
Angka ini dapat dengan mudah ditentukan melalui T-s diagram.
ConversionConversion EmoticonEmoticon