Mesin Tenaga Uap
Mesin tenaga uap yaitu merupakan salah satu jenis mesin dengan pembakaran luar. Fluida kerja dengan sumber energi yang terpisah. Sumber energi kalor dari proses pembakaran dipakai untuk membangkitkan uap panas. Uap panas akan dibangkitkan didalam boiler atau yang sering disebut dengan ketel uap.
Untuk mendapat uap dengan temperatur yang tinggi biasanya memakai reheater. Pada reheater uap akan dipanaskan lagi menjadi uap panas lanjut sehingga temperaturnya akan naik. Kemudian uap panas dimasukan ke dalam Turbin Uap. Didalam turbin uap tersebut energi uap panas dikonversi menjadi sebuah energi mekanik didalam sudu-sudu turbin uap.
Energi mekanik yang berupa putaran poros pada turbin uap akan menggerakan sebuah generator dalam instalasi pembangkit listrik tenaga uap. Uap panas yang keluar dari turbin yang sudah digunakan sebagian besar energinya dilewatkan melalui eqonomiser. Pada eqonomiser tersebut uap sisa akan diambil energi panasnya untuk memanaskan air yang akan masuk ke mesin boiler.
Proses termodinamika dari siklus Rankine yaitu sebagai berikut ini [gambar 1 dan 2] ;
1-2 Proses kompresi adiabatis yang berlangsung pada pompa
2-3 Proses pemasukan panas dalam tekanan yang konstan terjadi di boiler
3-4 Proses ekspansi adiabatis yang berlangsung pada turbin
4-1 Proses pengeluaran panas pada tekanan yang konstan
Fluida kerja yang berupa air jenuh pada kondensor dikompresi pompa hingga masuk ke dalam boiler atau ketel uap. Dari proses kompresi pada pompa akan terjadi kenaikan temperatur selanjutnya didalam mesin boiler, air akan dipanaskan. Sumber energi panas ini berasal dari proses pembakaran atau dari energi yang lainya seperti dari energi nuklir, panas matahari, dan lainnya.
Uap yang sudah dipanaskan di dalam boiler lalu akan masuk turbin. Fluida kerja akan mengalami ekspansi sehingga temperatur dan tekanan menjadi turun.
Selama proses ekspansi pada turbin akan terjadi perubahan dari energi fluida menjadi sebuah energi mekanik pada sudu-sudu dan menghasilkan putaran poros turbin.
Uap yang keluar dari turbin selanjutnya dikondensasi pada kondensor sehingga sebagian besar uap air akan menjadi mengembun. Lalu siklus akan berulang lagi.
Tekanan jatuh yang besar pada boiler bisa mengkibatkan pompa membutuhkan tenaga yang lebih untuk mempompa air menuju ke boiler. Tekanan jatuh juga bisa mengakibatkan tekanan uap dari boiler yang menuju ke turbin menjadi lebih rendah sehingga kerja dari turbin tidak lagi maksimal.
Kerugian energi panas seringkali terjadi pada peralatan. Pada turbin karena proses ekspansi uap air pada sudu-sudu dan pada rumah turbin banyak sekali kehilangan panas. Kebocoran uap juga bisa saja mengakibatkan kerugian yang tidak bisa diremehkan, ini biasanya terjadi didalam turbin.
Karena sebab-sebab tersebut dapat mengakibatkan efisiensi menjadi menurun dan tentu saja menambah kerugian.
Untuk mendapat uap dengan temperatur yang tinggi biasanya memakai reheater. Pada reheater uap akan dipanaskan lagi menjadi uap panas lanjut sehingga temperaturnya akan naik. Kemudian uap panas dimasukan ke dalam Turbin Uap. Didalam turbin uap tersebut energi uap panas dikonversi menjadi sebuah energi mekanik didalam sudu-sudu turbin uap.
Energi mekanik yang berupa putaran poros pada turbin uap akan menggerakan sebuah generator dalam instalasi pembangkit listrik tenaga uap. Uap panas yang keluar dari turbin yang sudah digunakan sebagian besar energinya dilewatkan melalui eqonomiser. Pada eqonomiser tersebut uap sisa akan diambil energi panasnya untuk memanaskan air yang akan masuk ke mesin boiler.
Siklus Termodinamika Mesin Uap
Proses termodinamika dari siklus Rankine yaitu sebagai berikut ini [gambar 1 dan 2] ;
1-2 Proses kompresi adiabatis yang berlangsung pada pompa
2-3 Proses pemasukan panas dalam tekanan yang konstan terjadi di boiler
3-4 Proses ekspansi adiabatis yang berlangsung pada turbin
4-1 Proses pengeluaran panas pada tekanan yang konstan
Fluida kerja yang berupa air jenuh pada kondensor dikompresi pompa hingga masuk ke dalam boiler atau ketel uap. Dari proses kompresi pada pompa akan terjadi kenaikan temperatur selanjutnya didalam mesin boiler, air akan dipanaskan. Sumber energi panas ini berasal dari proses pembakaran atau dari energi yang lainya seperti dari energi nuklir, panas matahari, dan lainnya.
Uap yang sudah dipanaskan di dalam boiler lalu akan masuk turbin. Fluida kerja akan mengalami ekspansi sehingga temperatur dan tekanan menjadi turun.
Selama proses ekspansi pada turbin akan terjadi perubahan dari energi fluida menjadi sebuah energi mekanik pada sudu-sudu dan menghasilkan putaran poros turbin.
Uap yang keluar dari turbin selanjutnya dikondensasi pada kondensor sehingga sebagian besar uap air akan menjadi mengembun. Lalu siklus akan berulang lagi.
Siklus Aktual dari Siklus Rankine
Penyimpangan siklus aktual yang terjadi dari siklus ideal disebabkan karena beberapa faktor yaitu seperti kebocoran uap, gesekan fluida dan kerugian panas, [gambar 3 dan 4]. Gesekan fluida bisa mengakibatkan tekanan jatuh pada banyak peralatan seperti pada boiler, kondensor dan di pipa-pipa yang menghubungkan banyak sekali peralatan.Tekanan jatuh yang besar pada boiler bisa mengkibatkan pompa membutuhkan tenaga yang lebih untuk mempompa air menuju ke boiler. Tekanan jatuh juga bisa mengakibatkan tekanan uap dari boiler yang menuju ke turbin menjadi lebih rendah sehingga kerja dari turbin tidak lagi maksimal.
Kerugian energi panas seringkali terjadi pada peralatan. Pada turbin karena proses ekspansi uap air pada sudu-sudu dan pada rumah turbin banyak sekali kehilangan panas. Kebocoran uap juga bisa saja mengakibatkan kerugian yang tidak bisa diremehkan, ini biasanya terjadi didalam turbin.
Karena sebab-sebab tersebut dapat mengakibatkan efisiensi menjadi menurun dan tentu saja menambah kerugian.