STRUKTUR ATOM URANIUM STRUKTUR ATOM URANIUM
STRUKTUR ATOM URANIUM
Sejatinya segala unsur yang ada di alam terbentuk dari kumpulan atom – atom.
Saat ini ada 92 jenis atom yang telah didefinisikan. Inti dari suatu atom terdiri atas
proton yang bersifat positif dan neutron yang bersifat netral. Di sekitar intinya terdapat
elektron yang mengelilingi, biasanya berjumlah sama dengan proton dan terikat dengan
gaya elektromagnetiknya.
Unsur uranium memiliki jumlah proton 92 buah atau dengan kata lain nomor
atom uranium adalah 92. Namun di alam terdapat 3 jenis unsur yang memiliki jumlah
proton 92 buah, masing – masing memiliki jumlah neutron sebanyak 142, 143, dan 148.
Unsur yang memiliki 143 neutron disebut Uranium-235, sedangkan yang memiliki 148
buah neutron disebut Uranium-238. Suatu atom yang memiliki nomer atom sama
namun jumlah neutron berbeda disebut isotop.
REAKSI FISI URANIUM
Reaksi fisi terjadi pada saat neutron menumbuk Uranium-235 dan saat itu pula
atom Uranium akan terbagi menjadi 2 atom bermassa lebih kecil yaitu Kr dan Br. Saat
terjadi reaksi fisi juga akan dihasilkan energi panas yang sangat besar. Dalam aplikasi di
PLTN, energi hasil reaksi fisi ini dijadikan sumber panas untuk menghasilkan uap air,
kemudian uap air akan memutar turbin dan membuat generator menghasilkan listrik.
Pada saat Uranium-235 ditumbuk oleh neutron, akan muncul juga 2 – 3 neutron
baru, kemudian neutrin baru ini akan menumbuk Uranium lagi dan reaksi ini akan
terjadi secara terus menerus dalam reaktor nuklir. Neutron yang terjadi akibat reaksi fisi
sebenarnya bergerak terlalu cepat, sehingga untuk menghasilkan reaksi fisi yang terjadi
secara berantai kecepatan neutron harus diredam dengan menggunakan media khusus.
Ada berbagai macam media yang digunakan sampai saat ini antara lain air ringan/tawar,
air berat, ataupun grafit. Secara umum kebanyakan teknologi PLTN di dunia
menggunakan air ringan (Light Water Reactor, LWR). Bahan bakar Uranium yang
digunakan dijaga agar tidak sampai terbakar. Sebisa mungkin posisi bahan bakarnya
diatur sedemikian hingga agar nantinya hasil reaksi fisi ini masih bisa diolah kembali
untuk dijadikan bahan bakar baru untuk digunakan pada teknologi PLTN di masa
mendatang.
Gambar 1 Proses terjadinya reaksi fisi
SIKLUS RANKINE
Siklus Rankine dapat digambarkan dalam salib sumbu – sumbu T dan Entapli
(S). Begitu pula dapat digambarkan dalam diagram alir. Panas yang masuk serta yang
diubah menjadi kerja dapat dicari dari diagram T – S.
Gambar 2 Diagram T – S Rankine sederhana
Gambar 3 Diagram blok siklus uap pada mesin pembangkit daya (turbin) sederhana
Keterangan gambar 2 :
1–2
: Air dipanaskan dari suhu masuk sampai suhu jenuh pada tekanan kerja
(tekanan tetap).
2–3
: Air pada temperatur jenuh berubah menjadi uap jenuh (superheated).
3–4
: Uap jenuh berekspansi pada turbin uap. Sebagian uap mengembun.
4–5
: Campuran uap dan air melalui kondensor , kemudian uap mengalami
pengembunan
5–1
: Air kondensat dipompa masuk ke pembangkit uap
Panas yang masuk
= Luasan A – 1 – 2 – 3 – B
Kerja yang dihasilkan = Luasan 1 – 2 – 3 – 4 – 5
Efisiensi siklus =
Luas 1−2−3−4−5
Luas A−1−2−3−B
Harga panas yang masuk dan kerja yang diperoleh dapat dicari dari harga enthalpi
masing – masing titik.
Panas masuk : h3 – h1
Panas keluar : h4 – h5
Kerja masuk : h1 – h5
Kerja keluar
: h3 – h4
Efisiensi Kerja =
Kerja keluar−Kerjamasuk
Panas masuk
Harga efisiensi dipengaruhi garis 2 – 3 dan 4 – 5. Semakin tinggi garis 2 – 3 (makin
tinggi tekanan) dan makin rendah garis 4 – 5 (makin rendah tekanan vakum) akan
semakin tinggi efisiensi.
PRINSIP KERJA PLTN
Prinsip kerja PLTN hampir mirip dengan cara kerja PLTU berbahan bakar fosil
lainnya. Jika PLTU menggunakan boiler untuk menghasilkan energi panasnya, PLTN
menggantinya dengan reaktor nuklir. PLTN memiliki prinsip kerja yang mana dalam
reaktor terjadi reaksi fisi bahan bakar uranium sehingga menghasilkan energi panas,
kemudian air dalam reakor dididihkan, energi kinetik uap air yang didapatkan
digunakan untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan listrik untuk diteruskan ke
jaringan transmisi.
Gambar 4 Skema PLTN
Dua jenis PLTN yang banyak digunakan di dunia adalah jenis reaktor air tekan /
RAT (Pressurized Water Reactor/PWR) dan reaktor air didih / RAD (Boiling Water
Reactor / BWR), yang skemanya bisa kita lihat di Gambar 5 dan 6.
Gambar 5 Skema cara kerja reaktor air tekan
Pada PLTN jenis RAT, kita bisa melihat bahwa uap yang kemudian akan masuk
ke turbin ternyata dihasilkan di steam generator (SG) atau pembangkit uap. Jadi di sini
yang bertindak sebagai boiler adalah SG.
Bahan bakar nuklir berada di dalam teras reaktor (reactor core), dan teras
reaktor berada di dalam bejana reaktor (reactor vessel). Bahan bakar akan mengalami
reaksi fisi dan menghasilkan energi termal yang berada di material bahan bakar itu
sendiri. Agar energi tersebut dapat dimanfaatkan, maka bahan bakar harus didinginkan
menggunakan air pendingin. Jadi air pendingin ini akan mengalir ke dalam teras reaktor
dari bawah, selanjutnya mengambil kalor dari bahan bakar, dengan demikian suhunya
akan naik, dan selanjutnya keluar ke atas dari teras untuk selanjutnya masuk ke SG. Di
dalam SG energi yang dikandung oleh air akan digunakan untuk menguapkan air yang
akan masuk ke turbin. Air yang sudah dingin selanjutnya akan dikembalikan ke teras
reaktor. Pada PLTN jenis ini, air pendingin reaktor dijaga jangan sampai mendidih,
caranya dengan mempertahankan tekanan air tetap tinggi. Agar tujuan ini tercapai
digunakan komponen yang disebut pressurizer (PRZ).
Ciri khas PLTN jenis PWR :
1. PWR mempunyai dua aliran pendingin yang terpisah, yaitu air untuk
mendinginkan reaktor (istilahnya adalahsistem pendingin primer) dan air yang
akan menjadi uap untuk memutar turbin (istilahnya adalah sistem pendingin
sekunder).
2. Proses pendidihan air terjadi di SG, di mana energi ditransfer dari pendingin
primer ke pendingin sekunder.
3. Pada sistem pendingin primer tidak terjadi pendidihan karena tekanan dijaga
tetap tinggi oleh PRZ.
4. Batang kendali yang mengatur berlangsungnya reaksi fisi terletak di bagian atas
bejana reaktor.
Gambar 6 Skema cara kerja reaktor air didih
Tampak dari Gambar 6 di atas bahwa pada BWR hanya ada satu jenis air pendingin
saja. Proses pendidihan terjadi di dalam bejana reaktor, atau dengan kata lain yang
bertindak sebagai boiler ya bejana reaktornya itu sendiri. Energi yang dihasilkan dari
reaksi fisi akan digunakan secara langsung untuk mendidihkan air dan uap yang
dihasilkan dari bejana reaktor akan langsung dialirkan menuju ke turbin.
Ciri khas dari reaktor ini adalah:
1.
Hanya ada satu jenis aliran pendingin.
2.
Proses pendidihan berlangsung di dalam bejana reaktor.
3.
Karena terjadi pendidihan pada sistem pendingin maka tekanan pendingin lebih
rendah daripada PLTN jenis PWR.
4.
Karena uap akan mengumpul di bagian atas bejana, maka batang kendali
ditempatkan di bagian bawah bejana reaktor.
Tetapi siklus ini agak riskan dikerjakan pada PLTN, karena pada
superheated, pipa yang dipanaskan hanya berisi uap yang relatif
mudah berkurang sehingga menunggu pengambilan panas. Selain itu,
superheated dan reheater memerlukan suhu yang lebih tinggi dari
siklus regenerasi. Jenis PLTN yang mampu memanfaatan semua usaha
ini ialah HTGR tidak langsung (indirect cycle HTGR), juga BWR jenis
grafit. Efisiensi jenis – jenis PLTN ini dapat dilihat pada tabel (1)
berikut. Dengan catatan bahwa
efisisensi
yang
memperhitungkan pengaruh efisiensi turbin uap.
tertera
sudah
Pada THE FORT SAINT VRAIN HTGR (indirect cycle HTGR) yang
bekerja pada tekanan 24000 psia dan suhu superheater maupun
reheater 1000 F. Efisiensi tenaga mencapai 39,4 %. Efisiensi ini cukup
tinggi dibanding jenis PLTN lain. Reaktor ini menerapkan regenerasi.
Reheater maupun superheater.
JENIS – JENIS STEAM TURBIN
Pada Prinsipnya Steam turbin berfungsi sebagai penggerak generator Listrik,
Pompa, Kompresor dan sebaginya atau kerennya disebut prime mover. Fungsi utamanya
sama dengan Motor yaitu menggerakan sesuatu. Yang membedakan antara Steam
turbine dan motor adalah, sumber energi yang digunakan. Motor menggunakan Listrik,
sedangkan Steam turbine mengunakan energi yang tersimpan pada steam yang berupa
tekanan dan panas, untuk menghasilkan energi gerak. Pemanfaatan energi ini dilakukan
dengan mengurangi tekanan pada steam. Misalkan dari steam dengan Tekanan 42
kg/cm2.G pada temperatur 370 deg C menjadi 17 kg/cm2.G.
Pada dasarnya berdasarkan kondisi keluaran steam, steam turbin dapat dibagi menjadi
dua tipe :
1. Turbin Condensing, turbin akan mengambil energi dari steam hingga steam
tersebut siap mengembun pada tekanan atmosperik. Karena pada turbin tidak
diperbolehkan adanya cairan maka keuaran turbin di desain untuk sedikit vakum
atau dibawah atmosperik.
2. Turbin Back Pressure, Turbin ini akan menghasilkan tekanan exhaust lebih besar
dari atmosperik.
Secara Fisik Turbin condensing memiliki ukuran yang besar dibandingkan dengan
turbin backpressure untuk keluaran output yang sama besarnya. Turbin backpressure
biasanya banyak menggunakan alat yang berputar pada kecepatan tinggi.
Perpaduan dari kedua tipe ini sering dinamakan extracting turbin atau induction
turbin. Prinsip kerja dari sistem ini cukup berbeda. Extracting turbin akan mengeluarkan
steam pada kondisi intermediet sehingga bisa digunakan kembali untuk peralatan lain,
sehingga penggunaan turbin jenis ini adalah untuk meningkatkan efisiensi penggunaan
energi dengan menghindari digunakannya reducing valve yang tidak efisien karena
penggunaan valve berarti membuang energi tanpa menggunakannya terlebih dahulu.
Sebaliknya dengan Induction turbin, Induction turbin ini akan menggunakan Steam
yang berasal dari peralatan lain yang masih memiliki tekanan dan temperatur yang
masih memadai. Steam akan masuk pada stage yang memiliki tekanan steam mendekati
dengan steam yang akan masuk, kemudian akan di mixing di dalam turbin sehingga
meningkatkan jumlah steam yang masuk kedalam turbin.
PENGARUH TURBIN UAP
Efisiensi
yang
didapat
pada
siklus
rankine
yang
sudah
diuraikan. Berdasar anggapan bahwa seluruh antalphi uap saat
ekspansi lewat turbine, semuanya dirubah menjadi kerja. Tetapi
secara nyata, terdapat kerugian – kerugian selama ekspansi (non
isentropi, geseran, edy current, shock dan sebagainya) sehingga
hanya sebagian yang berubah menjadi kerja. Efisiensi turbin dapat
dinyatakan dengan persamaan:
Untuk turbine impuls, dimana:
Atau untuk turbin reaksi, efisiensi dapat dinyatakan dengan:
Tetapi masih ada kerugian lain yang menyangkut bentuk dari sudu
turbin, batasan tekni, sehingga efisiensi turbin dipengaruhi pula oleh
daya turbin. Secara keseluruhan efisiensi turbine dapat digambarkan
pada gambar (7) berikut.
Akibat adanya efisiensi turbine uap, maka efisiensi PLTN akan
lebih rendah dari efisiensi siklus rankinenya.
Efisiensi total dapat ditulis:
Tekanan jenuh primer dapat diketahui dari tabel dengan melihat
harga suhu Th. Tekanan operasi primer, harus lebih tinggi dari
tekanan jenuhnya. Tabel dari tekanan jenuh dan suhu jenuh baik
primer maupun sekunder tertera pada tabel (2) berikut:
Pada tabel (3) dapat dilihat harga besaran yang sama untuk berbagai
PWR yang ada. Harga pada tabel (3) cukup dekat dengan harga pada
tabel (2). Efisiensi sistem pembangkit uap dengan adanya turbine uap
dapat digambarkan pada gambar (8), dengan mengambil ɳt sebesar
0,8. Harga efisiensi total PLTN dengan siklus rankine dengan
regenerasi berkisar pada harga 30%.
KESIMPULAN
Dari analisis, efisiensi siklus rankine dasar dapat dinaikkan
dengan menerapkan berbagai cara. Cara yang dipandang layak
dilaksanakan untuk PLTN jenis PWR dan BWR adalah regenerasi. Cara
ini menjamin suhu reaktor cukup rendah (dibawah suhu kritis), dan
menjaga tidak ada bagian yang semata – mata berisi uap pada
daerah teras reaktor. Tetapi bila diinginkan PLTN dengan efisiensi lebih
tinggi, maka semua cara (superheater, reheater regenerasi) harus
diterapkan. Ini secara teknis dapat dilaksanakan pada HTGR siklus tak
langsung. Salah satu yang perlu diingat pada PLTN jenis ini ialah suhu
yang cukup tinggi dengan resiko timbulnya kebakaran. Salah satu
pemilihan PLTN adalah antara efisiensi termal yang tinggi dan
keamanan operasi.
Sejatinya segala unsur yang ada di alam terbentuk dari kumpulan atom – atom.
Saat ini ada 92 jenis atom yang telah didefinisikan. Inti dari suatu atom terdiri atas
proton yang bersifat positif dan neutron yang bersifat netral. Di sekitar intinya terdapat
elektron yang mengelilingi, biasanya berjumlah sama dengan proton dan terikat dengan
gaya elektromagnetiknya.
Unsur uranium memiliki jumlah proton 92 buah atau dengan kata lain nomor
atom uranium adalah 92. Namun di alam terdapat 3 jenis unsur yang memiliki jumlah
proton 92 buah, masing – masing memiliki jumlah neutron sebanyak 142, 143, dan 148.
Unsur yang memiliki 143 neutron disebut Uranium-235, sedangkan yang memiliki 148
buah neutron disebut Uranium-238. Suatu atom yang memiliki nomer atom sama
namun jumlah neutron berbeda disebut isotop.
REAKSI FISI URANIUM
Reaksi fisi terjadi pada saat neutron menumbuk Uranium-235 dan saat itu pula
atom Uranium akan terbagi menjadi 2 atom bermassa lebih kecil yaitu Kr dan Br. Saat
terjadi reaksi fisi juga akan dihasilkan energi panas yang sangat besar. Dalam aplikasi di
PLTN, energi hasil reaksi fisi ini dijadikan sumber panas untuk menghasilkan uap air,
kemudian uap air akan memutar turbin dan membuat generator menghasilkan listrik.
Pada saat Uranium-235 ditumbuk oleh neutron, akan muncul juga 2 – 3 neutron
baru, kemudian neutrin baru ini akan menumbuk Uranium lagi dan reaksi ini akan
terjadi secara terus menerus dalam reaktor nuklir. Neutron yang terjadi akibat reaksi fisi
sebenarnya bergerak terlalu cepat, sehingga untuk menghasilkan reaksi fisi yang terjadi
secara berantai kecepatan neutron harus diredam dengan menggunakan media khusus.
Ada berbagai macam media yang digunakan sampai saat ini antara lain air ringan/tawar,
air berat, ataupun grafit. Secara umum kebanyakan teknologi PLTN di dunia
menggunakan air ringan (Light Water Reactor, LWR). Bahan bakar Uranium yang
digunakan dijaga agar tidak sampai terbakar. Sebisa mungkin posisi bahan bakarnya
diatur sedemikian hingga agar nantinya hasil reaksi fisi ini masih bisa diolah kembali
untuk dijadikan bahan bakar baru untuk digunakan pada teknologi PLTN di masa
mendatang.
Gambar 1 Proses terjadinya reaksi fisi
SIKLUS RANKINE
Siklus Rankine dapat digambarkan dalam salib sumbu – sumbu T dan Entapli
(S). Begitu pula dapat digambarkan dalam diagram alir. Panas yang masuk serta yang
diubah menjadi kerja dapat dicari dari diagram T – S.
Gambar 2 Diagram T – S Rankine sederhana
Gambar 3 Diagram blok siklus uap pada mesin pembangkit daya (turbin) sederhana
Keterangan gambar 2 :
1–2
: Air dipanaskan dari suhu masuk sampai suhu jenuh pada tekanan kerja
(tekanan tetap).
2–3
: Air pada temperatur jenuh berubah menjadi uap jenuh (superheated).
3–4
: Uap jenuh berekspansi pada turbin uap. Sebagian uap mengembun.
4–5
: Campuran uap dan air melalui kondensor , kemudian uap mengalami
pengembunan
5–1
: Air kondensat dipompa masuk ke pembangkit uap
Panas yang masuk
= Luasan A – 1 – 2 – 3 – B
Kerja yang dihasilkan = Luasan 1 – 2 – 3 – 4 – 5
Efisiensi siklus =
Luas 1−2−3−4−5
Luas A−1−2−3−B
Harga panas yang masuk dan kerja yang diperoleh dapat dicari dari harga enthalpi
masing – masing titik.
Panas masuk : h3 – h1
Panas keluar : h4 – h5
Kerja masuk : h1 – h5
Kerja keluar
: h3 – h4
Efisiensi Kerja =
Kerja keluar−Kerjamasuk
Panas masuk
Harga efisiensi dipengaruhi garis 2 – 3 dan 4 – 5. Semakin tinggi garis 2 – 3 (makin
tinggi tekanan) dan makin rendah garis 4 – 5 (makin rendah tekanan vakum) akan
semakin tinggi efisiensi.
PRINSIP KERJA PLTN
Prinsip kerja PLTN hampir mirip dengan cara kerja PLTU berbahan bakar fosil
lainnya. Jika PLTU menggunakan boiler untuk menghasilkan energi panasnya, PLTN
menggantinya dengan reaktor nuklir. PLTN memiliki prinsip kerja yang mana dalam
reaktor terjadi reaksi fisi bahan bakar uranium sehingga menghasilkan energi panas,
kemudian air dalam reakor dididihkan, energi kinetik uap air yang didapatkan
digunakan untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan listrik untuk diteruskan ke
jaringan transmisi.
Gambar 4 Skema PLTN
Dua jenis PLTN yang banyak digunakan di dunia adalah jenis reaktor air tekan /
RAT (Pressurized Water Reactor/PWR) dan reaktor air didih / RAD (Boiling Water
Reactor / BWR), yang skemanya bisa kita lihat di Gambar 5 dan 6.
Gambar 5 Skema cara kerja reaktor air tekan
Pada PLTN jenis RAT, kita bisa melihat bahwa uap yang kemudian akan masuk
ke turbin ternyata dihasilkan di steam generator (SG) atau pembangkit uap. Jadi di sini
yang bertindak sebagai boiler adalah SG.
Bahan bakar nuklir berada di dalam teras reaktor (reactor core), dan teras
reaktor berada di dalam bejana reaktor (reactor vessel). Bahan bakar akan mengalami
reaksi fisi dan menghasilkan energi termal yang berada di material bahan bakar itu
sendiri. Agar energi tersebut dapat dimanfaatkan, maka bahan bakar harus didinginkan
menggunakan air pendingin. Jadi air pendingin ini akan mengalir ke dalam teras reaktor
dari bawah, selanjutnya mengambil kalor dari bahan bakar, dengan demikian suhunya
akan naik, dan selanjutnya keluar ke atas dari teras untuk selanjutnya masuk ke SG. Di
dalam SG energi yang dikandung oleh air akan digunakan untuk menguapkan air yang
akan masuk ke turbin. Air yang sudah dingin selanjutnya akan dikembalikan ke teras
reaktor. Pada PLTN jenis ini, air pendingin reaktor dijaga jangan sampai mendidih,
caranya dengan mempertahankan tekanan air tetap tinggi. Agar tujuan ini tercapai
digunakan komponen yang disebut pressurizer (PRZ).
Ciri khas PLTN jenis PWR :
1. PWR mempunyai dua aliran pendingin yang terpisah, yaitu air untuk
mendinginkan reaktor (istilahnya adalahsistem pendingin primer) dan air yang
akan menjadi uap untuk memutar turbin (istilahnya adalah sistem pendingin
sekunder).
2. Proses pendidihan air terjadi di SG, di mana energi ditransfer dari pendingin
primer ke pendingin sekunder.
3. Pada sistem pendingin primer tidak terjadi pendidihan karena tekanan dijaga
tetap tinggi oleh PRZ.
4. Batang kendali yang mengatur berlangsungnya reaksi fisi terletak di bagian atas
bejana reaktor.
Gambar 6 Skema cara kerja reaktor air didih
Tampak dari Gambar 6 di atas bahwa pada BWR hanya ada satu jenis air pendingin
saja. Proses pendidihan terjadi di dalam bejana reaktor, atau dengan kata lain yang
bertindak sebagai boiler ya bejana reaktornya itu sendiri. Energi yang dihasilkan dari
reaksi fisi akan digunakan secara langsung untuk mendidihkan air dan uap yang
dihasilkan dari bejana reaktor akan langsung dialirkan menuju ke turbin.
Ciri khas dari reaktor ini adalah:
1.
Hanya ada satu jenis aliran pendingin.
2.
Proses pendidihan berlangsung di dalam bejana reaktor.
3.
Karena terjadi pendidihan pada sistem pendingin maka tekanan pendingin lebih
rendah daripada PLTN jenis PWR.
4.
Karena uap akan mengumpul di bagian atas bejana, maka batang kendali
ditempatkan di bagian bawah bejana reaktor.
Tetapi siklus ini agak riskan dikerjakan pada PLTN, karena pada
superheated, pipa yang dipanaskan hanya berisi uap yang relatif
mudah berkurang sehingga menunggu pengambilan panas. Selain itu,
superheated dan reheater memerlukan suhu yang lebih tinggi dari
siklus regenerasi. Jenis PLTN yang mampu memanfaatan semua usaha
ini ialah HTGR tidak langsung (indirect cycle HTGR), juga BWR jenis
grafit. Efisiensi jenis – jenis PLTN ini dapat dilihat pada tabel (1)
berikut. Dengan catatan bahwa
efisisensi
yang
memperhitungkan pengaruh efisiensi turbin uap.
tertera
sudah
Pada THE FORT SAINT VRAIN HTGR (indirect cycle HTGR) yang
bekerja pada tekanan 24000 psia dan suhu superheater maupun
reheater 1000 F. Efisiensi tenaga mencapai 39,4 %. Efisiensi ini cukup
tinggi dibanding jenis PLTN lain. Reaktor ini menerapkan regenerasi.
Reheater maupun superheater.
JENIS – JENIS STEAM TURBIN
Pada Prinsipnya Steam turbin berfungsi sebagai penggerak generator Listrik,
Pompa, Kompresor dan sebaginya atau kerennya disebut prime mover. Fungsi utamanya
sama dengan Motor yaitu menggerakan sesuatu. Yang membedakan antara Steam
turbine dan motor adalah, sumber energi yang digunakan. Motor menggunakan Listrik,
sedangkan Steam turbine mengunakan energi yang tersimpan pada steam yang berupa
tekanan dan panas, untuk menghasilkan energi gerak. Pemanfaatan energi ini dilakukan
dengan mengurangi tekanan pada steam. Misalkan dari steam dengan Tekanan 42
kg/cm2.G pada temperatur 370 deg C menjadi 17 kg/cm2.G.
Pada dasarnya berdasarkan kondisi keluaran steam, steam turbin dapat dibagi menjadi
dua tipe :
1. Turbin Condensing, turbin akan mengambil energi dari steam hingga steam
tersebut siap mengembun pada tekanan atmosperik. Karena pada turbin tidak
diperbolehkan adanya cairan maka keuaran turbin di desain untuk sedikit vakum
atau dibawah atmosperik.
2. Turbin Back Pressure, Turbin ini akan menghasilkan tekanan exhaust lebih besar
dari atmosperik.
Secara Fisik Turbin condensing memiliki ukuran yang besar dibandingkan dengan
turbin backpressure untuk keluaran output yang sama besarnya. Turbin backpressure
biasanya banyak menggunakan alat yang berputar pada kecepatan tinggi.
Perpaduan dari kedua tipe ini sering dinamakan extracting turbin atau induction
turbin. Prinsip kerja dari sistem ini cukup berbeda. Extracting turbin akan mengeluarkan
steam pada kondisi intermediet sehingga bisa digunakan kembali untuk peralatan lain,
sehingga penggunaan turbin jenis ini adalah untuk meningkatkan efisiensi penggunaan
energi dengan menghindari digunakannya reducing valve yang tidak efisien karena
penggunaan valve berarti membuang energi tanpa menggunakannya terlebih dahulu.
Sebaliknya dengan Induction turbin, Induction turbin ini akan menggunakan Steam
yang berasal dari peralatan lain yang masih memiliki tekanan dan temperatur yang
masih memadai. Steam akan masuk pada stage yang memiliki tekanan steam mendekati
dengan steam yang akan masuk, kemudian akan di mixing di dalam turbin sehingga
meningkatkan jumlah steam yang masuk kedalam turbin.
PENGARUH TURBIN UAP
Efisiensi
yang
didapat
pada
siklus
rankine
yang
sudah
diuraikan. Berdasar anggapan bahwa seluruh antalphi uap saat
ekspansi lewat turbine, semuanya dirubah menjadi kerja. Tetapi
secara nyata, terdapat kerugian – kerugian selama ekspansi (non
isentropi, geseran, edy current, shock dan sebagainya) sehingga
hanya sebagian yang berubah menjadi kerja. Efisiensi turbin dapat
dinyatakan dengan persamaan:
Untuk turbine impuls, dimana:
Atau untuk turbin reaksi, efisiensi dapat dinyatakan dengan:
Tetapi masih ada kerugian lain yang menyangkut bentuk dari sudu
turbin, batasan tekni, sehingga efisiensi turbin dipengaruhi pula oleh
daya turbin. Secara keseluruhan efisiensi turbine dapat digambarkan
pada gambar (7) berikut.
Akibat adanya efisiensi turbine uap, maka efisiensi PLTN akan
lebih rendah dari efisiensi siklus rankinenya.
Efisiensi total dapat ditulis:
Tekanan jenuh primer dapat diketahui dari tabel dengan melihat
harga suhu Th. Tekanan operasi primer, harus lebih tinggi dari
tekanan jenuhnya. Tabel dari tekanan jenuh dan suhu jenuh baik
primer maupun sekunder tertera pada tabel (2) berikut:
Pada tabel (3) dapat dilihat harga besaran yang sama untuk berbagai
PWR yang ada. Harga pada tabel (3) cukup dekat dengan harga pada
tabel (2). Efisiensi sistem pembangkit uap dengan adanya turbine uap
dapat digambarkan pada gambar (8), dengan mengambil ɳt sebesar
0,8. Harga efisiensi total PLTN dengan siklus rankine dengan
regenerasi berkisar pada harga 30%.
KESIMPULAN
Dari analisis, efisiensi siklus rankine dasar dapat dinaikkan
dengan menerapkan berbagai cara. Cara yang dipandang layak
dilaksanakan untuk PLTN jenis PWR dan BWR adalah regenerasi. Cara
ini menjamin suhu reaktor cukup rendah (dibawah suhu kritis), dan
menjaga tidak ada bagian yang semata – mata berisi uap pada
daerah teras reaktor. Tetapi bila diinginkan PLTN dengan efisiensi lebih
tinggi, maka semua cara (superheater, reheater regenerasi) harus
diterapkan. Ini secara teknis dapat dilaksanakan pada HTGR siklus tak
langsung. Salah satu yang perlu diingat pada PLTN jenis ini ialah suhu
yang cukup tinggi dengan resiko timbulnya kebakaran. Salah satu
pemilihan PLTN adalah antara efisiensi termal yang tinggi dan
keamanan operasi.