31 Untuk bahan bakar hidrokarbon dengan rumus
n m
H C
reaksi pembakarannya adalah:
O H
n m
b n
N n
m a
mCO O
bH aN
O n
m H
C
n m
2 2
2 2
2 2
4 4
4 4
+
+ +
+
+ →
+ +
+
+ dimana :
a = perbandingan volume
2
N dengan
2
O di udara b = perbandingan volume
O H
2
dengan
2
O di udara Untuk bensin m = 8, n = 18,dan bahan bakar diesel m = 12, n = 26
Biasanya jumlah udara yang disuplai lebih atau kurang dari jumlah teoritis. Jumlah udara aktual yang disuplai biasanya diekspresikan dengan persen udara
teoritis, contoh, 150 udara teoritis artinya udara aktual yang disuplai adalah 1,5 dari jumlah udara teoritis. Dengan bantuan pembakaran air jenuh yang dipompa ke boiler
akan berubah menjadi uap jenuh atau uap panas lanjut. Kerja fluida siklus komplit dimana fluida meninggalkan pompa disebut feedwater boiler. Laju keseimbangan
massa dan energi pada volume atur boiler tertutup adalah :
. 2
1 .
in
Q h
h m
= −
dimana
. .
in
Q m
adalah laju pindahan panas dari sumber energi masuk ke fluida kerja per
satuan massa lewat turbin.
2.4. Analisis Termodinamika pada Turbin
Di dalam turbin terjadi pelepesan energi untuk menggerakkan beban generator dan kompresor. Uap yang disuplai dari boiler akan berekspansi sehingga
tekanannya naik dan mampu mendorong tingkat sudu turbin. Turbin adalah suatu peralatan dimana kerja dibangkitkan sebagai hasil dari
lewatnya uap melalui barisan sudu-sudu yang terpasang pada poros yang dapat bebas berputar. Dengan menggunakan konservasi massa dan konservasi energi uap dari
boiler mempunyai tekanan dan temperatur yang tinggi dan diekspansikan lewat turbin
Universraitas Sumatera Utara
32 untuk memproduksi kerja dan disalurkan ke dalam kondensor pada tekanan relatif
rendah, dengan mengabaikan pindahan panas ke sekeliling laju keseimbangan massa dan energi untuk volume atur sekeliling turbin pada keadaan tunak adalah
[8,325]
:
2 2
. .
. 3
4 3
4 3
4
2
cv t
V V
Q W
m h h
g z z
− =
− + − +
+ −
..... [2.7]
Atau
. 3
24 .
t
W h
h m
= −
kjkg
Dimana
.
m laju aliran massa fluida kerja,
. .
t
W m
laju yang mana kerja dihasilkan
persatuan massa uap lewat turbin, dan perubahan energi kinetik dan energi potensial diabaikan. Efisiensi termal siklus daya adalah
[8,325]
:
. .
. .
3 4
2 1
. 3
2 .
p t
thermal in
W W
h h
h h
m m
h h
Q m
η
− −
− −
== −
.....[2.8]
Kerja bersih yang dihasilkan sama dengan jumlah kalor netto yang dimasukkan, maka efisiensi termal dapat juga dituliskan sebagai berikut
[8,325]
:
. .
. .
. .
. .
. .
4 1
3 2
1
1
in out
out thermal
in in
Q Q
Q m
m m
Q Q
m m
h h
h h
η −
= = −
− = −
− ….. [2.9]
Parameter lain yang digunakan untuk menunjukkan performans pembangkit tenaga adalah back work ratio, bwr, didefenisikan sebagai perbandingan kerja input pompa
terhadap kerja yang dihasilkan turbin. Back work ratio untuk siklus daya
[8,326]
:
Universraitas Sumatera Utara
33 bwr =
. .
2 1
. 3
4 .
p t
W h
h m
h h
W m
− =
− ….. [2.10]
2.5. Modifikasi Siklus Rankine pada PLTU
Modifikasi siklus Rankine bertujuan untuk meningkatkan efisiensi siklus dalam hal ini dibuat ekstraksi uap untuk memanaskan air pengisian ketel, sehingga
kerja ketel berkurang dan kebutuhan bahan bakar juga berkurang. Pada prakteknya turbin uap dengan tekanan awal yang tinggi biasa dibuat dengan ekstraksi yang
biasanya berjumlah 5 sampai 7 tingkat ekatraksi. Untuk turbin dengan parameter uap kritis panas lanjut, jumlah ekstraksi dapat mencapai sebanyak 8 sampai 9. Uap yang
di ekstraksi dari tingkat-tingkat menengah biasanya dimanfaatkan pada pemanas air pengisian ketel. Untuk turbin uap tekanan menengah jumlah ekstraksi dibatasi hanya
1 sampai 4. Salah satu modifikasi dari siklus Rankine dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.4. Diagram alir siklus Rankine dengan satu tingkat ekstraksi
[2,530]
BOILER
DEAERATOR
P2
P1 KONDENSER
TURBIN
V
1 2
3 4
5
6 7
Universraitas Sumatera Utara
34 Uap panas lanjut dari ketel memasuki turbin, setelah melalui beberapa
tingkatan sudu turbin, sebagian uap diekstraksikan ke deaerator, sedangkan sisanya masuk ke kondensor dan dikondensasikan didalam kondensor. Selanjutnya air dari
kondensor dipompakan ke deaerator juga. Di dalam deaerator, uap yang berasal dari turbin yang berupa uap basah bercampur dengan air yang berasal dari kondensor.
Kemudian dari deaerator dipompakan kembali ke ketel, dari ketel ini air yang sudah menjadi uap kering dialirkan kembali lewat turbin.
Tujuan uap diekstraksikan ke deaerator adalah untuk membuang gas-gas yang tidak terkondensasi sehingga pemanasan pada ketel dapat berlangsung efektif,
mencegah korosi pada ketel, dan meningkatkan efisiensi siklus. .
Untuk mempermudah penganalisaan siklus termodinamika ini, proses-proses tersebut di atas disederhanakan dalam bentuk diagram berikut :
.
Gambar 2.5. Diagram T-s siklus Rankine dengan satu tingkat ekstraksi
[2,530]
T
s
1 2
3 4
5
6
7
v
v
Universraitas Sumatera Utara
35
2.6. Klasifikasi Turbin Uap
