SIKLUS RANKINE DAN BRAYTON

A. Siklus Rankine

Siklus Rankine merupakan siklus ideal dalam tenaga uap. Pada siklus ini

terdapat beberapa proses, yaitu kompresi isentropik, penambahan panas isobarik,

ekspansi isentropik, dan pelepasan panas isobarik. Fluida kerja pada siklus

Rankine ada dua fase, yaitu cair dan uap. Pada siklus tenaga uap Rankine, fluida

yang umum digunakan adalah air, sedangkan fluida kerja lainnya adalah

potassium, sodium, rubidium, ammonia, dan senyawa karbon aromatik. Merkuri

juga dapat digunakan sebagai fluida kerja siklus Rankine, hanya saja

kekurangannya yaitu harganya mahal.

Pada siklus Rankine terdapat 4 komponen, yaitu pompa, turbin,

kondensor, dan boiler.

Gambar 1. Skema Siklus Rankine

Fluida kerja berupa air jenuh pada kondensor dikompresi pompa sampai masuk

boiler atau ketel uap. Dari proses kompresi pada pompa terjadi kenaikan

temperatur. Kemudian di dalam boiler air dipanaskan. Sumber energi panas

berasal dari proses pembakaran atau dari energi yang lainnya seperti nuklir, panas

matahari, dan lainnya. Uap yang sudah dipanaskan di boiler kemudian masuk

turbin. Fluida kerja mengalami ekspansi sehingga temperatur dan tekanan turun.

Selama proses ekspansi, pada turbin terjadi perubahan dari energi fluida menjadi

energi mekanik pada sudu-sudu menghasilkan putaran poros turbin. Uap yang

keluar dari turbin kemudian dikondensasi pada kondensor sehingga sebagian

besar uap air menjadi mengembun. Kemudian siklus berulang lagi.

Jika fluida kerja melewati bermacam-macam komponen dari siklus daya

uap sederhana tanpa bolak-balik, gesekan pressure drop dari boiler, kondensor

dan fluida kerja akan mengalir melalui komponen pada tekanan konstan. Di

samping itu tidak ada reversibilitas dan perpindahan panas dengan lingkungan.

Proses melalui turbin dan pompa dalam keadaan isentropis sehingga suatu siklus

menjadi ideal.

Adapun beberapa penyimpangan dalam sikluas Rankine yang terjadi

disebabkan oleh :

1. Adanya friksi fluida yang menyebabkan turunnya tekanan di boiler dan

kondensor sehingga tekanan uap saat keluar boiler sangat rendah. Hal ini

mengakibatkan kerja yang dihasilkan turbin menurun dan efisiensinya

menurun. Oleh sebab itu, hal ini dapat diatasi dengan meningkatkan tekanan

fluida yang masuk.

2. Adanya kalor yang hilang ke lingkungan sehingga kalor yang diperlukan dalam

proses bertambah dan dampaknya efisiensi termalnya berkurang.

Penyimpangan siklus aktual dari siklus ideal dikarenakan karena beberapa

faktor seperti gesekan fluida, kerugian panas, dan kebocora uap. Gesekan fluida

mengakibatkan tekanan jatuh pada banyak peralatan seperti boiler, kondensor, dan

pipa. Pressure drop yang besar mengakibatkan pompa membutuhkan tenaga yang

lebih untuk memompa air ke boiler. Pressure drop juga mengakibatkan tekanan

uap dari boiler ke turbin menjadi lebih rendah sehingga kerja turbin tidak

maksimal. Kerugian panas banyak terjadi pada peralatan.

B. Siklus Brayton

Siklus Brayton adalah siklus termodinamika yang menggambarkan cara

kerja mesin panas tekanan konstan. Mesin turbin gas dan mesin jet air breathing

menggunakan Brayton Cycle. Meskipun siklus Brayton biasanya dijalankan

sebagai sistem terbuka (dan memang harus dijalankan seperti jika pembakaran

internal yang digunakan). Hal itu secara konvensional diasumsikan untuk

keperluan analisis termodinamika bahwa gas buang digunakan kembali dalam

intake, analisis memungkinkan sebagai sistem tertutup. Fase fluida yang terjadi

pada siklus Brayton ini berupa fluida fase gas. Dalam siklus ini terdapat 3

komponen yaitu, kompresor gas, burner, dan turbin ekspansi.

1. Brayton siklus ideal

Proses isentropik berupa ambien udara ditarik ke dalam kompresor, di

mana ia bertekanan . Proses isobarik berupa udara tekan kemudian berjalan

melalui ruang pembakaran, dimana bahan bakar dibakar, pemanas yang udara

proses konstan tekanan , karena ruang terbuka mengalir masuk dan keluar. Udara

bertekanan kemudian memberikan energi, memperluas melalui turbin (atau

serangkaian turbin). Beberapa pekerjaan yang diekstrak oleh turbin digunakan

untuk menggerakkan kompresor. Proses isobarik berupa penolakan panas (di

atmosfer).

2. Brayton siklus Aktual

Proses adiabatik - kompresi.

Proses isobarik - selain panas.

Proses adiabatik - ekspansi.

Proses isobarik - penolakan panas.Karena baik kompresi maupun ekspansi dapat benar-benar isentropik, kerugian

melalui kompresor dan ekspander tersebut merupakan sumber inefisiensi kerja tak

terhindarkan. Secara umum, meningkatkan rasio kompresi adalah cara yang paling

langsung untuk meningkatkan output daya keseluruhan sistem Brayton.