Jurnal Kajian Teknik Mesin Vol 10 No 1 .
Halaman 15-21 Available online at JKTM Website :
http://journal.
id/index.
php/jktm/index JURNAL KAJIAN TEKNIK MESIN Vol 10 No 1 Hal 15-21 Jurnal Artikel Analisis Komparatif Open Feedwater Heater dan Closed Feedwater Heater dalam Upaya Optimasi Siklus Rankine Mukti Andika Febrianto 1*.
Maman Fathurahman 2 Prodi Magister Teknik Mesin.
Institut Teknologi Nasional Bandung Prodi Magister Teknik Mesin.
Institut Teknologi Nasional Bandung Email : mukti.
andikafebrianto@gmail.
com, 2Email : maman.
faturahman@gmail.
*Corresponding author Ae Email : mukti.
andikafebrianto@gmail.
Artkel Info - : Received :
Revised :
Accepted:
Abstrak Peningkatan kebutuhan energi listrik menuntut efisiensi termal yang lebih baik pada pembangkit listrik agar pasokan energi tetap stabil dan berkelanjutan.
Salah satu cara meningkatkan efisiensi siklus Rankine adalah dengan memanfaatkan feedwater heater, yang menggunakan panas sisa untuk memanaskan air umpan sebelum masuk ke boiler.
Artikel ini membahas perbedaan antara Open Feedwater Heater (OFWH) dan Closed Feedwater Heater (CFWH) serta dampaknya terhadap kinerja siklus Rankine.
Hasil analisis menunjukkan bahwa penggunaan feedwater heater dapat meningkatkan efisiensi termal hingga 2%, meskipun ada penurunan daya bersih akibat ekstraksi uap dari turbin.
Studi ini merekomendasikan kombinasi OFWH dan CFWH untuk memaksimalkan efisiensi dan mengurangi konsumsi energi.
Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk mengintegrasikan teknologi ini dengan pembangkit berbasis energi terbarukan serta mengembangkan sistem pemantauan yang lebih canggih guna meningkatkan keandalan operasional.
Kata kunci: efisiensi termal, feedwater heater, siklus Rankine Abstract Increasing demand for electrical energy requires improved thermal efficiency in power plants to ensure a stable and sustainable energy supply.
One way to enhance the efficiency of the Rankine cycle is by utilizing a feedwater heater, which recovers waste heat to preheat the feedwater before entering the This article examines the differences between Open Feedwater Heater (OFWH) and Closed Feedwater Heater (CFWH) and their impact on Rankine cycle performance.
The analysis results indicate that implementing a feedwater heater can improve thermal efficiency by up to 2%, although there is a reduction in net power due to steam extraction from the turbine.
This study recommends combining OFWH and CFWH to maximize efficiency and reduce energy consumption.
Further research is needed to integrate this technology with renewable energy-based power plants and develop more advanced monitoring systems to enhance operational reliability.
Keywords: thermal efficiency, feedwater heater.
Rankine cycle Jurnal Kajian Teknik Mesin Vol 10 No 1 .
Halaman 15-21
PENDAHULUAN
Kebutuhan meningkat seiring dengan pertumbuhan penduduk dan berkembangnya teknologi.
Salah satu sum-ber pembangkitan energi listrik yang ban-yak digunakan adalah pembangkit daya uap dengan siklus Rankine.
Komponen utama pada siklus ini adalah boiler, turbin uap, kondensor dan pompa, skematik si-klus rankine dapat dilihat pada Gambar 1 Siklus ini mengubah energi panas men-jadi energi kinetik untuk memutar genera-tor yang akhirnya dapat menghasilkan listrik.
Seperti pada siklus lainnya, efisiensi siklus Rankine ini juga tidak dapat mencapai 100%, banyak energi yang hilang, baik dalam bentuk kebocoran sistem maupun panas buangan.
Gambar 1.
Layout siklus Rankine sederhana Analisis energi siklus Rankine dapat dilihat pada Gambar 2 Sehingga upaya untuk meningkatkan efisiensi siklus ini menjadi sangat penting, demi mengurangi konsumsi bahan bakar, energi panas yang terbuang serta emisi yang dilepaskan ke Salah satu upaya peningkatan efisiensi adalah dengan memanfaatkan panas buangan untuk memanaskan air umpan balik yang disebut teknologi feed-water Teknologi ini me-manfaatkan uap ekstrasi dari turbin untuk memanaskan air umpan balik sebelum masuk ke boiler.
Dengan demikian dapat mengurangi kebutuhan energi di boiler, sehingga pada akhirnya dapat meningkatkan efisiensi keseluruhan siklus.
Feedwater heater diklasifikasikan menjadi dua jenis utama, yaitu Open Feed Water Heater (OFWH) dan Closed Feed Water Heater (CFWH).
Meskipun keduanya sama fungsinya sebagai pemanas, namun dapat memberikan dampak yang berbeda terhadap efisiensi dan operasional sistem pembangkit listrik secara keseluruhan.
Perbedaan diantara kedua teknologi feedwater heater diatas adalah pada mekanisme perpindahan panas antara sumber panas dan media yang akan dipanaskan.
Open feedwater heater memanaskan air umpan balik secara langsung dengan mencampurkan air dengan uap panas dari Sedangkan pada closed feedwater heater air umpan balik dilewatkan pada pipa kemudian uap panas dialirkan pada sekeliling pipa sehingga terjadi perpindahan panas dari uap ke air umpan balik.
Perbandingan kedua sistem dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3.
Open Feedwater Heater, .
Closed Feedwater Heater II.
TINJAUAN PUSTAKA
Gambar 2.
Diagram T-s siklus Rankine Ideal Pengaruh Penambahan Feedwater Heater pada Sistem Pembangkit Listrik Beberapa penelitian telah dilakukan un-tuk meningkatkan efisiensi termal dengan memanfaatkan panas yang Jurnal Kajian Teknik Mesin Vol 10 No 1 .
Halaman 15-21 Salah satu hasil penelitian feedwater heater dapat meningkatkan efisiensi sekitar 1% dari sebelum menggunakan feedwater heater.
Jumlah feedwater heater juga dapat mempengaruhi besarnya peningkatan efisiensi termal, dalam penelitian lain penambahan jumlah feedwater heater dapat meningkatkan efisiensi sebesar 2% dari sebelumnya.
Analisis Open Feedwater Heater Open Feedwater Heater (OFWH) adalah jenis heat exchanger atau penukar kalor dengan prinsip perpindahan kalor melalui kontak langsung antar dua zat dengan perbedaan temperatur.
Jadi secara sederhana.
OFWH ini seperti bejana yang mencampur uap panas ekstrasi dari turbin dengan air umpan balik, sehingga temperatur air umpan balik akan meningkat sebelum masuk ke boiler.
Pencampuran memungkinkan terjadinya penukaran kalor yang lebih efisien melalui mekanisme perindahan panas konveksi.
Dalam kondisi pertukaran kalor yang ideal air akan keluar pemanas sebagai air jenuh yang kemudian akan diarahkan pada pemanas selanjutnya.
Gambar 4 menunjukkan layout siklus Rankine dengan OFWH dan Gambar 5 analisis energinya.
Gambar 4.
Siklus Rankine dengan OFWH Gambar 5.
Diagram T-s siklus Rankine dengan OFWH Dalam siklus ini, air jenuh yang keluar dari kondensor diarahkan ke pompa pertama untuk dinaikkan tekanannya, seperti pada siklus Rankine sederhana .
roses 1Ae.
Kemudian, aliran air masuk ke OFWH dan bercampur dengan sebagian uap yang diekstraksi dari turbin uap pada tahap tekanan intermediate .
roses 2Ae.
Selanjutnya, air jenuh tersebut dipompa untuk dinaikkan tekanannya hingga mencapai tekanan boiler .
roses 3Ae.
dalam boiler, seperti pada siklus Rankine sederhana, air ini dipanaskan hingga menjadi uap super panas sampai mencapai temperature masuk turbin .
roses 4Ae.
Uap super panas kemudian mengembang di dalam turbin hingga mencapai tekanan ekstraksi .
roses 5Ae.
Sebagian uap dikeluarkan dari turbin pada tahap intermediate dan masuk ke OFWH .
roses 6Ae.
, sementara sisanya tetap ekspansi di turbin untuk menghasilkan kerja .
roses 6Ae.
Uap yang tersisa akhirnya masuk ke kondensor, melepaskan panas, dan kembali ke kondisi awal siklus .
roses 7Ae Penambahan OFWH meningkatkan memanaskan awal air umpan balik sebelum masuk ke boiler, sehingga mengurangi energi yang dibutuhkan oleh Meskipun demikian, proses regenerasi ini sering disertai dengan penurunan output daya total dampak dari pengurangan jumlah uap yang dapat diekspansi secara penuh di turbin.
Sistem OFWH ini memiliki konstruksi yang tidak rumit, sehingga biaya perawatan juga tidak Jurnal Kajian Teknik Mesin Vol 10 No 1 .
Halaman 15-21 terlalu tinggi, ilustrasi sitem OFWH dapat dilihat pada Gambar 6 Gambar 8.
Siklus Rankine dengan CFWH Gambar 6.
Contoh skema Open Feedwater Heater Analisis Closed Feedwater Heater Berbeda dengan OFWH.
Closed Feedwater Heater (CFWH) adalah feedwater heater tipe tertutup dengan prinsip tidak memungkinkan pencampuran langsung antara fluida.
Dalam pembangkit listrik, alat ini pada dasarnya adalah penukar kalor tipe shell-and-tube, di mana temperatur air di dalam tabung .
meningkat dengan menerima panas dari ekstraksi uap yang terkumpul pada shell, dapat dilihat pada Gambar 7.
Uap ekstraksi melepaskan panasnya ke air umpan balik.
Tidak seperti tipe terbuka, pada tipe tertutup, kedua media yang bertukar panas berada pada tekanan yang berbeda karena tidak saling bercampur.
Siklus Rankine dengan CFWH sederhana dapat dilihat pada Gambar 8 dan analisis energinya ditunjukkan pada Gambar 9.
Siklus ini dimulai dari air jenuh hasil kondensasi dan air umpan balik dipompa .
roses 1Ae.
Air ini kemudian masuk ke CFWH, air berada di dalam tabung, sedangkan uap ekstrasi turbin berada pada shell, terjadilah pertukaran kalor antara air dalam tube dan uap pada shell .
roses 2Ae.
Setelah dipanaskan, air didalam tube ini selanjutnya akan ditransfer ke dalam Sedangkan kondensasi uap ekstrasi yang berada di dalam shell Selanjutnya air dari CFWH dipanaskan didalam boiler menjadi uap super panas, dialirkan ke turbin, sebagian uap diekstrasi untuk sistem CFWH dan sisanya untuk memutar turbin.
Uap keluaran turbin dikondensasikan pada kondensor, begitu selanjutnya menjadi suatu siklus.
Gambar 7.
Contoh mekanisme perpindahan kalor pada CFWH Gambar 9.
Diagram T-s Siklus Rankine dengan CFWH Jurnal Kajian Teknik Mesin Vol 10 No 1 .
Halaman 15-21 i.
METODE PENELITIAN
Pada prakteknya pembangkit listrik tenaga uap dapat menggunakan salah satu atau keduanya dari tipe feedwater heater yang telah dijelaskan diatas.
Disamping itu jumlah feedwater heater yang digunakan juga dapat bervariasi sesuai dengan kebutuhan dan karakteristik pembangkit Penggunaan beberapa unit dimasukkan ke dalam siklus, sehingga Berdasarkan simulasi yang dilakukan, semakin banyak feedwater heater yang diterapkan, jumlah energi yang masuk ke siklus akan semakin kecil.
Namun, peningkatan jumlah feedwater heater akan memiliki efek samping yaitu penurunan kerja net yang dihasilkan oleh sistem.
Rekomendasi jumlah feedwater heater berdasarkan unit size dapat dilihat pada Tabel 1.
Hal ini terjadi karena sebagian uap yang seharusnya menghasilkan kerja di turbin, diekstraksi untuk digunakan Meskipun demikian, peningkatan efisiensi termal siklus tetap terjadi, meski dengan penurunan kerja net tersebut.
Tabel 1.
Rekomendasi jumlah feedwater berdasarkan kapasitas pembangkitan Unit Size (MW) 0 Ae 50 50 Ae 100 100 Ae 200 Diatas 200 Jumlah Feedwater Heater 3Ae5 5 atau 6 5Ae7 6Ae8 Gambar 10.
Diagram T-s siklus Rankine dengan beberapa Feedwater Heater IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perbandingan Feedwater Heater Ketika membandingkan Feedwater Heater tipe terbuka dengan tipe tertutup, dapat dinyatakan bahwa CFWH lebih mahal karena desainnya yang kompleks dan kontrol parameter yang rumit.
Karena aliran uap dan air umpan balik tidak boleh tercampur di dalam CFWH, maka tidak diperlukan pompa tambahan untuk setiap CFWH.
Pompa ini dibutuhkan guna meningkatkan tekanan air umpan balik agar sesuai dengan kebutuhan tekanan tahap berikutnya.
Pembangkit listrik modern umumnya menggunakan CFWH, dengan hanya satu OFWH yang berfungsi sebagai deaerator.
Namun, penting untuk kegagalan, seperti kebocoran tabung pemanas baik pada CFWH maupun OFWH, yang memerlukan sistem drainase Dari segi efisiensi pembangkit, efisiensi termal CFWH hampir sama dengan OFWH.
Namun, terkait output daya.
CFWH menghasilkan daya yang lebih rendah dibandingkan OFWH.
Perbandingan antara kedua tipe Feedwater Heater dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2.
Perbedaan OFWH dan CFWH Diagram T-s siklus Rankine dengan beberapa feedwater heater menunjukkan bahwa temperatur fluida meningkat sebelum masuk ke boiler, yang membantu mengurangi kebutuhan kalor dari sumber eksternal, seperti pada Gambar 10.
Open Feedwater Heater Konstruksi Closed Feedwater Heater Konstruksi lebih Parameter kontrol Parameter kontrol Jurnal Kajian Teknik Mesin Vol 10 No 1 .
Halaman 15-21
lebih sedikit lebih banyak Lebih banyak Lebih sedikit pompa untuk setiap pompa untuk setiap penambahan unit
jumlah unit heater
Membutuhkan area
lebih sedikit Membutuhkan area
lebih luas Bekerja pada tekanan turbin
Dapat bekerja pada berbagai tekanan ekstraksi turbin
KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan analisis yang telah dilakukan, terdapat beberapa rekomendasi yang dapat dipertimbangkan untuk pengembangan dan penerapan feedwater heater dalam siklus Rankine di masa depan:
Penggunaan kombinasi OFWH dan CFWH.
Studi lebih lanjut dapat difokuskan pada pengembangan sistem hybrid yang menggabungkan keunggulan Open Feedwater Heater (OFWH) dan Closed Feedwater Heater (CFWH).
Kombinasi ini berpotensi mengoptimalkan mempertahankan fleksibilitas operasi.
Sistem hybrid juga dapat membantu mengurangi kompleksitas sistem dan biaya perawatan, terutama pada pembangkit listrik berkapasitas besar.
Optimasi jumlah feedwater heater.
Penambahan jumlah feedwater heater telah terbukti meningkatkan efisiensi termal, namun efek samping dari penurunan daya bersih yang dihasilkan oleh sistem perlu dipertimbangkan.
Oleh karena itu, penelitian lebih lanjut tentang optimasi jumlah feedwater heater yang dapat diterapkan sesuai dengan kapasitas pembangkit sangat diperlukan untuk menyeimbangkan antara efisiensi dan daya Pemanfaatan teknologi inovatif untuk meningkatkan efisiensi.
Penelitian lebih lanjut dapat difokuskan pada pemanfaatan teknologi baru, seperti advanced heat exchangers atau penggunaan material dengan konduktivitas panas yang lebih tinggi, untuk meningkatkan efisiensi perpindahan panas di dalam feedwater Teknologi mengurangi ukuran fisik feedwater heater dan meningkatkan performa termal, terutama pada sistem CFWH.
Integrasi Dengan meningkatnya adopsi energi terbarukan, seperti tenaga surya dan Rankine feedwater heater dapat diintegrasikan dengan pembangkit listrik tenaga surya atau biomassa untuk meningkatkan efisiensi keseluruhan.
Penelitian lebih bagaimana feedwater heater dapat dioptimalkan dalam konteks ini, terutama dalam hal sinkronisasi operasional dan pemanfaatan energi.
Peningkatan sistem pemantauan dan Meskipun CFWH memiliki efisiensi termal yang tinggi, masalah kebocoran pada tabung pemanas tetap menjadi tantangan.
Oleh karena itu, pengembangan sistem pemantauan realtime yang lebih canggih serta teknik diagnostik prediktif dapat membantu mengurangi downtime dan meningkatkan keandalan sistem feedwater heater dalam jangka panjang.
DAFTAR PUSTAKA