Pltu

1. PLTU
(Pembangkit Listrik Tenaga Uap)
1

2. Gambaran
Umum
2

3. Air Heater
3

4. THERMODYNAMICS AND POWER PLANT CYCLE ANALYSIS
Open Rankine Cycle
Basic Cycle
 Rankine cycle bergantung pada ekspansi
isentropic dari gas bertekanan tinggi untuk
menghasilkan kerja
 Gas  dalam bentuk steam
 Pompa  control volume yang meningkatkan P
cairan secara adiabatic. Kerja pompa (steady
state):
𝑊
𝑝 = 𝑚 ℎ2 − ℎ1
 Jika proses isentropic 
ℎ2 − ℎ1 = 𝑣 𝑃2 − 𝑃1
karena 𝑠2 − 𝑠1 = 𝑐 𝑙𝑛
𝑇2
𝑇1
 isentropi, tidak ada
perubahan T.
 Karena Pompa tidak bekerja isentropic 
perhitungan efisiensi melalui perbandingan
dengan kondisi ideal:
𝑝 =
ℎ2𝑠 − ℎ1
ℎ2 − ℎ1
𝑊
𝑝 = kerja pompa
𝑚 = laju alir massa
𝑣 = volume spesifik  untuk air, cukup konstan
4

5. Open Rankine Cycle
 Setelah air mendapatkan P tinggi  energi
ditambahkan sebagai kalor dalam boiler (steam
generator)  control volume pada P konstan
(steady-state):
𝑄𝑏 = 𝑚 ℎ3 − ℎ2
 Boiler bekerja dengan fasa cair dan uap 
output berupa saturated steam
 Saturated steam diekspansi di turbin 
menghasilkan energi mekanik (Wt):
𝑊𝑡 = 𝑚 ℎ3 − ℎ4
 Secara ideal, turbin bekerja secara isentropic.
 Karena input berupa saturated steam, maka
ekspansi isentropic untuk menurunkan tekanan
akan menghasilkan campuran uap-cair, dengan
kualitas:
𝑥 =
𝑠 − 𝑠𝑓
𝑠𝑔 − 𝑠𝑓
dengan entalpi: ℎ = 1 − 𝑥 . ℎ𝑓 +𝑥. ℎ𝑔
Karena turbin tidak berekspansi isentropic 
perhitungan efisiensi melalui perbandingan dengan
kondisi ideal:
𝑡 =
ℎ3 − ℎ4
ℎ3 − ℎ4𝑠
Nilai efisiensi turbin nyata: 60-90%
5

6.  Basic Open Rankine Cyle
 Wp = kerja pompa = 38,81-38,13=0,68 Btu/lbm
 Qb = heat input = 1199,3-38,81=1160,49 Btu/lbm
 Wt = kerja turbin = 1199,3-1028.3=171 Btu/lbm
 Qrej = rejected energy = 1028,3-38,13=990,16 Btu/lbm
 =
𝑄𝑏 − 𝑄𝑟𝑒𝑗
𝑄𝑏
=
𝑊𝑡 − 𝑊
𝑝
𝑄𝑏
= 0,1468 = 14,68%
𝑐𝑎𝑟𝑛𝑜𝑡 = 1 −
𝑇1
𝑇3
= 1 −
460 + 70
460 + 382
= 0,3705 = 37,05%
6

7. Closed Loop Rankine Cycle
 Pada sistem dasar  input air pada 70oF
(21oC) dan keluar turbin pada 212oF (100oC)
 Output turbin berupa campuran uap-cair
 perlakuan lanjutan adalah
mengkondensasikan seluruhnya menjadi
fasa cair
 Selanjutnya dipompakan kembali untuk
meningkatkan P  dapat digunakan
kembali (reuse)  konfigurasi menjadi
closed loop cycle.
 Kondenser  control volume yang
melepas panas pada P konstan, dari
campuran uap-cair menjadi subcooled
liquid (steady state):
𝑄𝑟𝑒𝑗 = 𝑚 ℎ𝑖𝑛𝑙𝑒𝑡 − ℎ𝑜𝑢𝑡𝑙𝑒𝑡
7

8.  Basic Closed Rankine Cycle
 Wp = kerja pompa = 48,83-48,09=0,74 Btu/lbm
 Qb = heat input = 1199,3-48,83=1150,47 Btu/lbm
 Wt = kerja turbin = 1199,3-897,1=302,2 Btu/lbm
 Qrej = rejected energy = 897,1-48,09=849 Btu/lbm
 =
𝑄𝑏 − 𝑄𝑟𝑒𝑗
𝑄𝑏
=
𝑊𝑡 − 𝑊
𝑝
𝑄𝑏
= 0,262 = 26,2%
8

9. Efek Kenaikan Tekanan Boiler
 Jika tekanan dinaikkan dari 200 psia ke 600 psia:
 Kenaikan tekanan akan meningkatkan kerja di bagian
atas siklus, tapi vapor dome menyempit  terjadi
penurunan kerja di bagian kanan siklus.
 Efek positif  terjadi penurunan panas terbuang/heat
rejected (area di bawah kurva, dari 4x ke 1, menjadi
dari 4 ke 1)
 Wp = kerja pompa = 50,32-48,09=2,22 Btu/lbm
 Qb =heat input=1204,06-50,32=1153,75 Btu/lbm
 Wt = kerja turbin = 1204,06-847.09=356,97 Btu/lbm
 Qrej = rejected energy = 847,09-48,09=798,93
Btu/lbm
 =
𝑄𝑏 − 𝑄𝑟𝑒𝑗
𝑄𝑏
=
𝑊𝑡 − 𝑊
𝑝
𝑄𝑏
= 0,3075 = 30,75%
9

10. Superheat
 Temperatur thermal reservoir (the combustion gases) yang
semakin tinggi  dapat meningkatkan T steam.
 Jika saturated steam pada P=600 psia (486.3°F)
dipanaskan hingga 1000°F (pada P=600 psia), maka dapat
meningkatkan efisiensi dibanding proses sebelumnya.
 Heat rejection juga meningkat, tapi tidak proporsional 
lebih banyak yang dikonversi menjadi kerja.
 Superheater  control volume yang beroperasi pada P
konstan, hanya pada steam.
 Sumber panas superheater sama dengan boiler  energi
input gabungan (Qb).
10

11.  Wp = kerja pompa = 50,32-
48,09=2,23 Btu/lbm
 Qb = heat input = 1517,83-
50,32=1467,51 Btu/lbm
11
 Wt = kerja turbin = 1517,83-1014,38=503,45 Btu/lbm
 Qrej = rejected energy = 1014,38-48,09=966,29
Btu/lbm
 =
𝑄𝑏 − 𝑄𝑟𝑒𝑗
𝑄𝑏
=
𝑊𝑡 − 𝑊
𝑝
𝑄𝑏
= 0,3415 = 34,15%

12. Reheat
 Steam diekspansi di turbin. Sebelum terjadi ekspansi penuh, steam diekstraksi dan dipanaskan kembali
(reheat) untuk menambahkan entalpi, lalu dialirkan ke LP turbin untuk diekspansi hingga P kondenser.
12

13. 13
𝑄𝑏 = 1517,83 − 50,32 = 1467,51
𝐵𝑡𝑢
𝑙𝑏𝑚
𝑄𝑟𝑒ℎ = 𝑟𝑒ℎ𝑒𝑎𝑡𝑒𝑟 = 1532,1 − 1309,1 = 223
𝐵𝑡𝑢
𝑙𝑏𝑚
𝑄𝑟𝑒𝑗 = 1119,33 − 48,09 = 1071,24
𝐵𝑡𝑢
𝑙𝑏𝑚
𝑊
𝑝 = 50,32 − 48,09 = 2,23
𝐵𝑡𝑢
𝑙𝑏𝑚
𝑊𝑡1 = 1517,83 − 1309,1 = 208,73
𝐵𝑡𝑢
𝑙𝑏𝑚
𝑊𝑡2 = 1532,1 − 1119,33 = 412,77
𝐵𝑡𝑢
𝑙𝑏𝑚
 =
𝑸𝒃 + 𝑸𝒓𝒆𝒉 − 𝑸𝒓𝒆𝒋
𝑸𝒃 + 𝑸𝒓𝒆𝒉
=
𝑾𝒕𝟏 + 𝑾𝒕𝟐 − 𝑾𝒑
𝑸𝒃 + 𝑸𝒓𝒆𝒉
= 𝟎, 𝟑𝟔𝟔𝟑
= 𝟑𝟔, 𝟔𝟑%

14. Regenerative:
Open feedwater heater
14
• Open feedwater heater adalah alat kontak antara steam
ekstraksi dan feedwater dingin sehingga tercampur secara
langsung.
• Tekanan kedua fluida harus sama.

15. 15
𝑚𝑎 = 𝑚𝑐+𝑚𝑏
𝑚𝑎(ℎ3)=𝑚𝑐(ℎ6)+𝑚𝑏(ℎ2)
 𝑚𝑎 = 1; 𝑚𝑐 = 19,84%; 𝑚𝑏 = 80,16%
 =
𝑸𝒃 − 𝑸𝒓𝒆𝒋
𝑸𝒃
=
𝑾𝒕 − 𝑾𝒑
𝑸𝒃
= 𝟎, 𝟑𝟔𝟗𝟕 = 𝟑𝟔, 𝟗𝟕%
• 𝑄𝑏 = 1517,83 − 300,67 1 = 1217,16
𝐵𝑡𝑢
𝑙𝑏𝑚
• 𝑄𝑟𝑒𝑗 = 1005,27 − 48,09 0,0816 = 767,24
𝐵𝑡𝑢
𝑙𝑏𝑚
• 𝑊𝑝1 = 48,45 − 48,09 0,8016 = 0,29
𝐵𝑡𝑢
𝑙𝑏𝑚
• 𝑊𝑝2 = 300,67 − 298,62 1 = 2,05
𝐵𝑡𝑢
𝑙𝑏𝑚
• 𝑊𝑡1 = 1309,11 − 1005,27 0,8016 = 243,55
𝐵𝑡𝑢
𝑙𝑏𝑚

16. Regenerative:
Closed feedwater heater
16
 Closed feedwater heater adalah surface heat exchanger, dengan
aliran feedwater dalam tube, dan steam ekstraksi di luar tube.
 Tekanan operasi kedua fluida bisa berbeda.
 TTD (Terminal Temperature Difference) umumnya sekitar 5° F,
tapi maksimal bisa sampai 10° F.
 DCA (Drain Cooler Approach) umumnya sekitar 10° F, tapi
maksimal bisa sampai 20° F.
 Karena kedua aliran pada tekanan berbeda  maka aliran
steam harus memenuhi 2 prinsip:
1. Biarkan berekspansi secara isentapi, dan dikirimkan ke feed water
heater dengan tekanan lebih rencah
2. Tingkatkan tekanan dengan memasang pompa kecil dan
campurkan dengan aliran feedwater

17. Tugas
Tiap mahasiswa mencari sebuah siklus PLTU (boleh dalam, boleh luar negeri)
 PLTU dimana? Unit berapa?
 Teknologinya bagaimana?
 Kondisi operasi (T, P)
 Hitung energi yang terlibat di tiap komponen
 Hitung efisiensi siklus
 Apa yang mempengaruhi nilai efisiensi siklus ini? Adakah peluang peningkatan
kinerja, atau peluang penghematan energi?
 Deadline 28 Januari 2021
17