Siklus Rankine - Bagian 2 Efisiensi Termal

Efisiensi termal dari siklus rankine adalah perbandingan antara kerja yang dihasilkan oleh turbin uap yang sudah dikurangi kerja pompa, dengan energi panas yang masuk dari boiler. Sebelum lebih lanjut membahas efisiensi termal dari siklus rankine, lebih mudah kita memahami dengan membahas proses-proses yang terjadi di dalamnya.

Diagram Temperatur-Entalpi Siklus Rankine

Siklus rankine menjadi salah satu bentuk rekayasa energi untuk memanfaatkan hukum kekekalan energi. Sumber energi yang berlimpah di bumi dimanfaatkan untuk dikonversikan menjadi bentuk energi lain yang lebih bermanfaat bagi manusia. Energi yang digunakan di awal proses siklus rankine adalah energi panas. Energi panas ini dapat diambil hasil pembakaran bahan bakar fosil, penggunaan panas bumi, atau dari reaksi nuklir.

Energi panas dari sumber-sumber di atas ditransfer ke fluida kerja, seperti air misalnya. Apabila bahan bakar yang digunakan adalah batubara maka proses ini terjadi di boiler. Melalui diagram T-h di atas proses ini terjadi di garis D-E-A-F. Garis D-E air masih berwujud cair, pada garis E-A air mengalami proses boiling dan berfase campuran air dan uap, sedangkan pada garis A-F fluida kerja air sudah berfase uap air dan mengalami proses pemanasan lanjut untuk mencapai titik superheated. Dan nilai kalor yang diserap oleh uap air dapat dihitung menggunakan rumus berikut:

Q_in = m(h_F - h_D)

Uap air superheated dari boiler kemudian masuk ke turbin uap untuk mengalami konversi energi menjadi energi gerak. Uap air mengalami penurunan entalpi pada saat proses konversi energi panas menjadi energi gerak, ditunjukkan oleh garis F-G pada gambar di atas. Penurunan entalpi tersebut dapat digunakan untuk menghitung besar energi gerak yang dihasilkan oleh turbin menggunakan rumus berikut:

W_out = m(h_F - h_G)

Uap air yang keluar dari turbin uap masuk ke kondensor untuk diubah kembali fasenya menjadi cair. Di sini dapat kita lihat bahwa ada energi panas yang tidak dikonversikan seluruhnya menjadi energi gerak pada turbin uap, karena energi tersebut digunakan untuk merubah fase air menjadi uap air (panas laten). Uap air yang terkondensasi mengalami penurunan entalpi (garis G-C) dan penurunannya dapat digunakan untuk menghitung energi panas yang dikeluarkan menggunakan rumus berikut:

Q_out = m(h_G - h_C)

Proses selanjutnya adalah air hasil kondensasi dipompa untuk dinaikkan tekanannya sebelum masuk ke boiler. Pada proses yang ditunjukkan oleh garis C-D ini air tidak mengalami banyak kenaikan nilai entalpi. Artinya energi yang diberikan kepada air tidak terlalu signifikan. Nilai energi yang masuk dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:

W_in = m(h_D - h_C)

Pada awal pembahasan di atas saya sudah menjelaskan pengertian dari efisiensi termal. Dan sekarang mari kita jabarkan rumusnya agar lebih mudah untuk memahami:

η_termal = (W_out - W_in) / Q_in

Untuk lebih mudah menghitung kita dapat menghilangkan variabel massa (m) pada setiap persamaan, karena pada perhitungan akhir efisiensi termal variabel ini saling membagi.