CARA MENINGKATKAN EFISIENSI TERMAL - SIKLUS RANKINE

Secara ideal efisiensi termal dari siklus rankine berkisar di angka 42%. Ada beberapa cara untuk meningkatkan efisiensi termal siklus rankine dengan memodifikasi siklusnya.

Reheater Pada Siklus Rankine
Cara pertama adalah dengan menggunakan dua turbin uap (High Pressure dan Low Pressure) yang keduanya berada pada satu poros. Uap air yang keluar dari turbin High Pressure masuk kembali ke boiler untuk dipanaskan kembali menjadi uap superheat. Setelah itu uap air tersebut kembali masuk ke turbin uap Low Pressure. Dari turbin kedua ini uap air masuk ke kondensor. PLTU modern sudah banyak menggunakan tiga atau bahkan 4 turbin uap, yaitu High Pressure Turbine, Intermediate Pressure Turbine, dan Low Pressure Turbine. Uap air reheater masuk kembali ke turbin intermediate pressure, selanjutnya tanpa mengalami reheater lagi uap air yang keluar dari intermediate pressure turbine masuk ke low pressure turbine.

Siklus Rankine Dengan Reheater

Dari modifikasi ini dapat kita tambahkan dalam hitungan efisiensi termal siklus energi panas masuk pada saat reheater (Q_{in reheater}) serta output kerja pada turbin low pressure (W_{LPT out}). Sehingga nilai kalor total yang masuk ke fluida kerja adalah:

Q_total = Q_{in boiler} + Q_{in reheater}
Q_total = m(h₃ – h₁) + m(h₅ – h₄)

Sedangkan nilai kerja output keluar total adalah:

W_{out total} = W_{HPT out} + W_{LPT out}
W_{out total} = m(h₃ – h₄) + m(h₆ – h₅)

Penambahan penggunaan satu tahap reheat akan meningkatkan efisiensi termal siklus rankine sebesar 3-4%, penambahan dua tahap reheater menaikkan efisiensi sebesar 1,5-2%, penambahan tiga tahap reheater menaikkan efisiensi sebesar 0,75-1%, dan begitu seterusnya. Akan tetapi umumnya hanya dipergunakan satu tahap reheater saja.

Preheater atau Regenerative Pada Siklus Rankine
Cara meningkatkan efisiensi siklus rankine yang kedua adalah dengan menggunakan preheater atau pemanasan awal dari fluida kerja sebelum ia masuk ke boiler. Cara ini disebut dengan Regenerative Rankine Cycle.

Sumber panas yang digunakan untuk preheater berasal dari uap air yang diambil dari turbine uap pada stage tertentu (Extraction Steam). Uap panas ini dialirkan melewati pipa menuju ke heat exchanger dan bertemu dengan air kondensat atau feed water. Air kondensat yang keluar dari kondensor dipompa oleh pompa ekstraksi kondensat menujuheat exchanger tersebut.

Ada dua macam proses perpindahan panas yang terjadi, yang otomatis ada dua jenis jugaheat exchanger yang biasa digunakan. Yang pertama adalah tipe Open Feed Water Heater, yang mana tipe ini bersifat terbuka, perpindahan panas secara konveksi, extraction steamakan bertemu dan bercampur langsung dengan fluida kerja di sebuah wadah tertentu. Kelemahan sistem ini adalah tidak dapat digunakan apabila antara extraction steam dengan fluida kerja terdapat perbedaan tekanan yang terlalu besar, tetapi memiliki kelebihan dalam sisi ekonomis dan perpindahan panas yang maksimal karena kedua media bertemu secara langsung.

Heat Exchanger yang digunakan pada Siklus Rankine
dengan Regenerative Open Feed Water Heater

Siklus Rankine dengan Regenerative Open Feed Water Heater

Diagram T-S Siklus Rankine
dengan Regenerative Open Feed Water Heater

Massa aliran fluida pada setiap komponen menjadi berbeda karena adanya extraction steam. Apabila 1 kg uap air masuk ke turbin, dan y kg menjadi extraction steam, dan (1-y) kg berlanjut menuju ke boiler, maka kita dapat menghitung kerja output dan kalor masuk sebagai berikut:

Jika q = Q / m ; maka:
Heat Input:

q_in = h₅ – h₄

Heat Output:

q_out = (1 – y)(h₁ – h₇)

Work Output:

W_turb,out = (h₅ – h₆) + (1 – y)(h₆ – h₇)

Work input:

W_pump,in = (1 – y)(h₂ – h₁) + (h₄ – h₃)

Tipe yang kedua adalah tipe tertutup (Close Feed Water Heater), yang mana di dalamnya terjadi perpindahan panas secara konduksi, uap air pada sisi shell dan fluida kerja di sisi pipa. Tipe ini dapat digunakan apabila kedua media dalam kondisi perbedaan tekanan yang besar, namun kelemahannya adalah harga yang lebih mahal serta perpindahan panas yang lebih kecil karena kedua media tidak bertemu secara langsung.

Heat Exchanger yang digunakan pada Siklus Rankine
dengan Regenerative Close Feed Water Heater

Siklus Rankine dengan Regenerative Close Feed Water Heater

Diagram T-S Siklus Rankine
dengan Regenerative Close Feed Water Heater

(Pict. Source: http://bit.ly/oKNCJP)

Sama dengan Open Feed Water Heater apabila 1 kg uap air masuk ke turbin, dan y kg menjadi extraction steam, dan (1-y) kg berlanjut menuju ke boiler, maka kita dapat menghitung kerja output dan kalor masuk sebagai berikut:

Heat Input:

q_in = h₄ – h₃

Heat Output:

q_out = (1 – y)(h₁ – h₆) + y(h₈ – h₁)

Work Output:

W_turb,out = (h₄ – h₅) + (1 – y)(h₅ – h₆)

Work input:

W_pump,in = (h₂ – h₁)


sumber : artikel-teknologi.com

EFISIENSI TERMAL SIKLUS RANKINE

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 yang 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. Untuk mengetahui proses konversi energi dari panas menjadi gerak, Anda dapat mebaca artikel saya sebelumnya mengenai turbin uap. 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 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.

Sumber : artikel-teknologi.com

ENERGI PANAS

Dalam dunia teknologi energi, panas menjadi salah satu “media” yang dapat direkayasa karena sifatnya yang dapat berpindah, berubah nilainya, yang selalu diikuti dengan perubahan energi panas. Sebuah benda yang temperaturnya naik, menandakan adanya energi panas yang masuk padanya. Sebaliknya, jika sebuah benda mengalami penurunan temperatur, maka ia melepaskan energi panas yang sebelumnya ia punya ke benda lain di sekitarnya.

Perubahan energi panas tidak dapat dipisahkan dengan fenomena perpindahan panas. Keduanya saling berkaitan. Terjadinya perpindahan panas dari satu benda ke benda lain, selalu dikuti dengan perubahan energi panas yang terkandung di dalam kedua benda tersebut. Saat terdapat dua benda dengan temperatur yang berbeda dalam kondisi diatermik (diathermic), terjadi perpindahan energi dalam bentuk kalor. Diatermik adalah sebuah kondisi saat dua benda atau lebih dapat melakukan perpindahan panas.

Definisi
Energi panas adalah bagian dari energi internal yang bertanggungjawab atas temperatur sebuah sistem. Secara mikroskopis, energi panas dapat diidentifikasi sebagai energi mekanik kinetik dari partikel konstituen atau bentuk lain dari energi kinetik sehubungan dengan kondisi-mikro mekanika-quantum. Perbedaan mendasar antara energi kinetik dengan energi panas adalah bahwa energi panas merupakan sebuah energi yang menjelaskan ketidakteraturan, contohnya adalah gerakan acak dari partikel atau sistem isolasi sebuah sistem. Partikel konstituen adalah pertikel yang sudah tidak dapat lagi dipecah menjadi lebih kecil pada skala perhitungan energi.

sumber : artikel-teknologi.com

KARAKTERISTIK BAHAN BAKAR FOSIL

Bahan bakar fosil diklasifikasikan secara umum berdasarkan fasenya: padat, cair, dan gas. Tiap-tiap bahan bakar, terbakar dengan cara yang unik, dan begitu pula dengan kebutuhan penanganannya yang juga khusus. Dibutuhkan pula alat-alat yang spesifik untuk mendapatkan campuran reaktan yang baik dan mentransfer energi panas yang dihasilkan untuk mendapatkan proses pembakaran yang efisien.

Bahan bakar gas biasanya terbakar dengan cara premix atau difusi. Pembakaran premix adalah api yang terbentuk pada saat oksigen bercampur dengan bahan bakar sebelum api tersebut terbentuk di bagian ujungnya. Fenomena ini ditandai dengan nyala api yang berwarna biru. Sedangkan pembakaran difusi adalah api terbentuk karena pembauran yang sempurna antara bahan bakar dengan oksigen.

Bahan bakar cair harus terlebih dahulu berubah fase menjadi uap dan ter-atomizingsebelum bercampur dengan udara dan terbakar. Sedangkan pada pembakaran bahan bakar padat dibutuhkan proses yang lebih kompleks. Bahan bakar terlebih dahulu dihancurkan untuk mendapatkan area permukaan yang lebih luas, dan harus mendapatkan pemanasan awal untuk bisa menguap sehingga lebih mudah untuk terbakar. Sebagai tambahan, dibutuhkan ruang furnace yang lebih besar untuk memastikan proses pembakaran menyeluruh pada keseluruhan bahan bakar.

Gas Alam

Gas alam telah menjadi sumber bahan bakar dan energi sejak lama. Sifatnya yang bersih, terbakar sangat efisien, dan mudah dipindahtempatkan, menjadikannya banyak digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi manusia. Pada pembangkit tenaga listrik, gas alam diproses melalui turbin gas dan juga combine cycle.

Gas alam tersusun atas campuran metana (55% – 95), senyawa hidrokarbon kompleks, dan sedikit gas yang tidak mudah terbakar. Heating values dari gas alam berkisar di angka 950 – 1.100 btu/ft3 (35,4 – 41 MJ/m3).

Karena gas alam mudah bercampur dengan udara, maka pembakaran akan langsung terjadi pada saat temperatur ignition tercapai dan campuran bahan bakar tercampur sempurna.

Bahan Bakar Cair

Bahan bakar fosil berfase cair didapatkan dari minyak bumi mentah. Minyak bumi yang masih mentah akan mengalami proses lebih lanjut untuk memisahkannya menjadi berbagai jenis minyak. Dari minyak mentah yang diolah akan didapatkan LPG, bensin, solar, kerosin, avtur, dan beberapa jenis lainnya. Tiap-tiap jenis minyak memiliki komposisi kimia, temperatur ignition, viskositas, dan flash point yang berbeda-beda. Flash point adalah temperatur terendah dari suatu material untuk dapat menguap dan selanjutnya terbakar di udara.

Minyak bumi secara prinsip tersusun atas parafin, isoparafin, aromatik, naftan, dan hidrokarbon-hidrokarbon lainnya. Minyak bumi juga dapat mengandung polutan seperti vanadium dan nikel. Meskipun juga terdapat sedikit residu dan ash (abu) yang jumlahnya tidak lebih dari 0,5%, namun keduanya dapat mengganggu dengan membentuk kerak dan mengurangi efisiensi perpindahan panas, Di sinilah diperlukan adanya zat aditiv yang berfungsi untuk mengurangi gangguan adanya pembentukan kerak.

Proses pembakaran minyak bergantung pada proses pencampurannya dengan udara. Ada pula jenis minyak bumi yang harus mengalami proses atomizing terlebih dahulu sebelum melalui proses pembakaran. Udara atau uap air dibutuhkan untuk proses atomizingtersebut, sehingga didapatkan droplet yang sekecil-kecilnya dan didapatkan campuran antara bahan bakar dengan udara yang sempurna.

Proses Pembakaran Batubara

Batubara

Batubara merupakan bahan bakar padat yang melimpah ruah tersedia di bumi. Batubara terbentuk secara alami dalam jangka waktu yang sangat lama yan gberasal dari batang pohon, semak, dan bagian tumbuh0tumbuhan yang lain. Waktu, diiringi dengan tekanan tinggi, panas, pengaruh kimiawi dan bakteri-bakteri, menyebabkan tumbuhan-tumbuhan tadi membentuk batubara.

Batubara bersifat heterogen. Tidak seperti gas alam dan minyak bumi yang dengan mudah kita dapat menentukan komposisinya, komposisi batubara sangat bergantung pada derajat metamorfosisnya, tipe tumbuhan yang terproses, lokasi batubara tersebut, material-material yang ada di sekitarnya, dan lain sebagainya.

Batubara yang digunakan pada PLTU harus mengalami proses-proses khusus sesuai dengan karakteristik dari batubara yang digunakan. Termasuk kualitasnya, komposisinya, dan volatilitasnya. Karakteristik batubara juga mempengaruhi desain penympanannya, perlakuan sebelum proses pembakaran, penanganan limbah abunya, dan penanganan pembersihannya.

sumber : artikel-teknologi.com

PENGOLAHAN AIR DI PLTU

Kuantitas air yang dibutuhkan oleh sebuah PLTU tergantung dari kualitas sumber air, lokasi PLTU berdiri, karakteristik bahan bakar, desain tekanan dari boiler, serta regulasi mengenai penanganan air di daerah setempat. Sedangkan untuk kualitasnya, ada beberapa jenis air dengan spesifikasi yang berbeda-beda digunakan di PLTU. Secara umum jenis-jenis air yang dimaksud adalah sebagai berikut:

Cooling Water

Kebutuhan air yang pertama adalah untuk kebutuhan pendingin. Air ini dipergunakan di kondensor untuk merubah uap yang berasal dari turbin menjadi air kembali sebagai rangkaian siklus rankine. Spesifikasi air yang dibutuhkanpun ada dua jenis:

• Yang pertama adalah pada PLTU yang didesain untuk dibangun di tepi laut, ia menggunakan air laut sebagai sumber airnya. PLTU ini menggunakan kondensor dengan material yang tahan terhadap korosi. Air laut yang telah mengalami proses filtrasi dipompa untuk masuk ke kondensor sisi tube sebagai media pendingin uap air yang mengalir di sisi shell. Proses filtrasi tersebut menggunakan alat bernama trash rake dan travelling screen. Trash rake menjadi tahap filtrasi sebelum travelling screen.Trash rake berfungsi untuk menangkal kotoran-kotoran laut yang ukurannya besar. Sedangkan travelling screen berfungsi untuk memfilter air laut dari kotoran-kotoran yang berukuran lebih kecil.
  Selain proses filtrasi, air laut tersebut juga telah disuntikkan bahan kimia tertentu untuk mencegah hewan-hewan laut berkembang biak di area inlet dan outlet air laut. Pada sisi tube kondensor digunakan sistem tube cleaner yang berfungsi untuk menjaga kebersihan tubing kondensor agar tidak terjadi penyumbatan padanya.
• Yang kedua adalah air pendingin pada PLTU yang menggunakan cooling tower. Air yang digunakan biasanya bersumber dari sungai atau air tanah. Karena pada cooling towerselalu ada bagian air yang ikut menguap, maka kemungkinan terbentuknya sedimentasi, kerak, hidupnya organisme-organisme kecil, dan bahkan korosi dapat terjadi di pipa-pipa cooling water. Untuk itu diperlukanlah treatment-treatment tertentu untuk menanganinya. Seperti injeksi kimia supaya tidak sampai ada perkembangbiakan organisme-organisme air, serta penggunaan sistem blowdown untuk membuang sedimen-sedimen yang telah terbentuk. Selain itu injeksi bahan kimia juga dapat digunakan untuk mencegah terjadinya korosi.

Auxiliary Cooling Water

Auxiliary cooling water adalah air yang dibutuhkan sebagai media pendingin berbagai peralatan di PLTU seperti lub oil system, pendingin kompresor, pendingin pompa, dan sebagainya. Air pendingin ini bersirkulasi secara close loop / siklus tertutup, dengan menggunakan pompa untuk membangkitkan tekanan. Selain pompa digunakan pula sistem heat exchanger untuk mendinginkan auxiliary cooling water yang bersirkulasi, dan menggunakan cooling water sebagai media pendingin. Auxiliary cooling water yang bersirkulasi disyaratkan harus tidak bersifat korosif dan bersih dari kandungan zat-zat yang dapat menimbulkan kerak. Untuk itu air yang digunakan harus ditreatment terlebih dahulu sebelum digunakan. Selain itu diperlukan injeksi zat kimia tertentu selama sistem auxiliary cooling water beroperasi agar kualitasnya tetap terjaga anti korosif.

Service Water dan Potable Water

Service water digunakan untuk memenuhi kebutuhan sistem penanggulangan kebakaran, supply air demineralisasi, kebutuhan kebersihan PLTU, serta kebutuhan-kebutuhan tambahan lainnya. Service water harus telah bersih dari zat-zat padat terlarut (suspended solids), tidak keruh, dan tidak berwarna. pH service water dijaga di kisaran 6,0 sampai 8,5 dan total dari dissolved solids dibatasi kurang dari 1.000 mg/L.

Pada PLTU biasanya juga disediakan potable water atau air dengan kualitas dapat dikonsumsi oleh manusia. Jika ada sebagian service water yang digunakan untuk potable water maka ia harus terklorinasi dan sesuai dengan standard kualitas air minum yang telah ditetapkan oleh peraturan pemerintah setempat. Untuk itu biasanya supaya dapat dihemat dalam instalasi pipa, sistem pemrosesan airnya, serta lebih efisien, maka PLTU menggunakan satu proses untuk memproduksi service water dan potable water sekaligus.

Air Demineralisasi (Demineralized Water)

Air terdemineralisasi digunakan sebagai media kerja siklus air-uap air pada PLTU. Air ini selain dimasukkan pada pengisian sistem di awal proses sebelum dilakukan penyalaan boiler, juga sebagai make up atau supply tambahan yang ditambahkan ke dalam sistem secara terkontrol. Penambahan tersebut dibutuhkan karena adanya kerugian (losses) yang terjadi. Kerugian-kerugian tersebut seperti akibat dari penggunaan sootblower pada boiler, proses deaerasi, serta adanya uap yang dibuang untuk menjaga kualitas dari uap air tersebut.

Air demineralisasi juga digunakan pada sistem pendingin generator (Primary Water System), pendingin pompa sirkulasi boiler (motor cavity), sistem sealing pada pompa ekstraksi kondensat, serta sistem-sistem lain yang membutuhkan air terdemineralisasi sebagai komponen kerjanya.

Air terdemineralisasi adalah air hasil olahan yang sudah bebas dari kandungan-kandungan mineral terlarut yang dapat berbahaya bagi peralatan-peralatan yang bekerja pada siklus uap air. Berbagai macam ion mineral maupun dalam bentuk senyawa yang terkandung dalam air, harus dihilangkan melalui proses-proses tertentu sebelum air tersebut dapat digunakan lebih lanjut. Selain untuk mencegah terjadinya korosif dan kerak yang dapat terbentuk, juga untuk mencegah terjadinya short circuit jika digunakan pada alat-alat seperti motor cavity dan sistem pendingin pada generator sisi stator (primary water system).

sumber : artikel-teknologi.com

SIFAT-SIFAT UAP AIR

Air mendidih pada temperatur 100º Celcius jika dalam kondisi tekanan atmosfer (1013,25 milibar absolut). Apabila air dipanaskan di bawah kondisi tekanan yang lebih tinggi maka titik didihnya juga akan meningkat. Begitu pula sebaliknya, pada tekanan yang lebih rendah air akan mendidih pada temperatur yang lebih rendah.

Pembangkit Listrik Tenaga Uap menggunakan media air untuk mengkonversikan energi kimia yang dimiliki batubara, menjadi energi listrik pada akhir proses. Untuk menciptakan uap air kering dengan temperatur tinggi, panas harus terus diberikan ke air melewati tiga fase: fase cair, fase campuran cair dengan uap, dan fase uap saja.

Nilai energi panas di tiap-tiap nilai tekanan dan temperatur sudah dibuat oleh para ahli dan telah disusun menjadi tabel uap air (steam tables). Dengan menggunakan steam table ini kita dapat menentukan entalpi spesifik (jumlah energi panas yang dimiliki oleh uap air pada tiap kilogram nya), entropi spesifik (bilangan abstrak yang menunjukkan peningkatan atau penurunan dari panas yang diberikan atau ditolak pada suatu benda), dan volume spesifiknya.

Gambar berikut adalah contoh dari steam table:

Apabila kita memberikan energi panas ke air, maka hal ini disebut “entalpi spesifik dari saturasi cair (the spesific enthalpy of the saturated liquid)”, yang kita lebih mengenalnya dengan istilah panas sensibel. Jika kita terus menambahkan panas, temperatur akan terus naik (pada tekanan tertentu), dan apabila diteruskan temperatur akan berhenti naik dan air akan mulai menguap. Nilai entalpi pada titik ini ditunjukkan di steam table dengan simbol “hf”.

Jika panas terus ditambahkan, air akan terus menguap, sampai semua air berubah fase menjadi uap air. Nilai energi panas pada proses ini dinamakan “kenaikan entalpi pada proses evaporasi (the increment of enthalpy for evaporation)”, kita mengenalnya dengan istilah panas laten. Nilai dari entalpi ini ditunjukkan dengan simbol “hfg” pada steam table. Pada titik ini berarti kita telah memberikan energi panas melalui dua fase, nilainya dinamakan “entalpi spesifik pada uap saturasi (the spesific enthalpy of the saturated vapour)” dan ditunjukkan pada steam table dengan simbol “hg”. Maka hf + hfg = hg dalam satuan kJ/kg.

Kita dapat memanaskan uap air ini lebih lanjut, tetapi sekarang temperatur uap akan naik. Proses ini dinamakan superheat dan nilai panasnya dinamakan “kenaikan entalpi pada superheat (the increment of enthalpy for superheat)”. Pada uap air superheat di titik manapun proses, entalpi spesifiknya sama dengan kenaikan entalpi pada saturated liquid ditambah kenaikan entalpi pada proses evaporasi dan kenaikan entalpi uap superheat pada titik tersebut. Entalpi total dari titik superheat ini ada di steam tabel, namun pada contoh di atas tidak disertakan.

Diagram Temperatur – Entropi

Diagram temperatur-entropi (T-S Diagram) digunakan untuk lebih mudah memahami proses titik mendidihnya air dan titik saturasi keringnya. Entropi merupakan sebuah properti yang sulit untuk dijelaskan. Uap air yang memiliki energi rendah berarti memiliki entropi yang rendah pula.

Jika temperatur absolut pada saat panas diberikan, dikalikan dengan perubahan entropi, maka hasilnya adalah sama dengan jumlah energi panas yang ditambahkan selama proses. Sebaliknya, jika temperatur absolut pada saat panas ditolak, dikalikan dengan perubahan entropi antara awal proses dengan akhir proses, hasilnya sama dengan jumlah energi yang ditolak.

Bentuk dari kurva air menguap/saturasi kering saat pressure air yang disertakan lebih tinggi, maka entalpi yang dibutuhkan untuk evaporasi lebih rendah. Saat kita memberikan energi panas selama proses evaporasi, uap air basah akan bertahap mengering sampai ia mencapai titik saturasinya. Hal ini berarti ia mencapai 100% kering.

The Critical Point

Jika kita menaikkan tekanan air, kita akan menaikkan temperatur didih airnya, dan pada diagram T-S akan menaikkan garis proses lebih tinggi. Dengan melakukan hal ini, berarti kita lebih memendekkan garis evaporasi sampai kita mencapai titik sekitar 221,2 bar abs dimana garis air mendidih bertemu dengan garis saturasi kering dan dan tidak ada fase evaporasi lagi sama sekali. Inilah yang dinamakan critical point. Temperaturnya pada 374,15ºC, dan critical volumenya 3,17 dm3/kg.

Pada pressure lebih tinggi dari 221,2 bar abs dinamakan supercritical. Jika air pada kondisi supercritical pressure dipanaskan, temperatur air akan naik sampai ia akan mengalami “flashes”, yaitu kondisi dimana air secara instan berubah menjadi uap dan mulai menjadi uap superheated. Spesific volume uap kering sama tidak ada perbedaan dengan spesific volume air. Nah, untuk temperatur kapan air mulai “flushing” pada supercritical pressure tidak dapat diketahui secara pasti.

Pembangkit listrik tenaga uap dengan boiler supercritical biasanya beroperasi pada tekanan kerja sekitar 250 bar abs. Dan transisi dari air menjadi steam terjadi pada temperatur sekitar 385ºC.

sumber : artikel-teknologi.com