Mengapa menggunakan uap untuk memutar turbin lebih efisien?

12

Misalnya saya punya pipa knalpot dengan udara sangat panas dari pembakaran biofuel, dan saya punya turbin di ujung knalpot yang berputar dan menghasilkan listrik.

Mengapa lebih efisien menggunakan panas untuk merebus air kemudian menggunakan uap yang dihasilkan untuk memutar turbin? Seperti mengapa lebih banyak listrik dihasilkan dengan menggunakan uap untuk memutar turbin dan bukannya menggunakan uap saat membakar biofuel dalam jumlah yang sama?

electrical-engineering turbines steam Mohdak
sumber
Terkait: engineering.stackexchange.com/questions/5307/…
Paul
Jika Anda memiliki bahan bakar cair atau gas yang bagus, konsisten, mungkin lebih baik untuk membakarnya dalam mesin pembakaran internal (ICE) atau turbin gas untuk menghasilkan kerja mekanis, daripada menggunakannya untuk memanaskan uap dalam siklus Rankine. Siklus uap biasanya dipilih untuk bahan bakar yang sulit digunakan untuk ICE atau turbin gas, seperti bahan bakar padat, nuklir, atau bahan bakar pembakaran lambat lainnya.
Carlton

Jawaban:

12

Alasan utamanya adalah turbin membutuhkan penurunan tekanan untuk mengekstraksi energi dari fluida kerja. Penurunan suhu yang diamati dalam turbin adalah hasil dari ekspansi fluida; turbin tidak memiliki cara untuk mengekstraksi energi panas langsung dari fluida.

ΔH=ΔU+Δ(PV)

Solusi untuk menangkap energi yang terbuang ini adalah alih-alih mengambil sebagian energi panas itu dan mengubahnya menjadi energi tekanan dengan air mendidih - sekarang Anda memiliki fluida kerja bertekanan tinggi yang jauh lebih berguna untuk menggerakkan turbin. Turbin sekarang dapat mengekstraksi lebih banyak energi panas asli dalam bentuk tekanan, sehingga efisiensi lebih tinggi.

Carlton
sumber
Ini penurunan entalpi, bukan penurunan tekanan, yang menghasilkan pekerjaan yang bermanfaat dalam turbin
Zaid
@ Zaid untuk mengekstraksi energi dari aliran, turbin membutuhkan penurunan tekanan. Penurunan entalpi sesuai dengan perbedaan energi termal pada tekanan konstan (yang untuk sistem steam secara efektif adalah energi total, karena referensi adalah air yang pada dasarnya memiliki volume yang sama pada semua tekanan.) Menurut hukum konservasi energi, penurunan entalpi sesuai dengan pekerjaan yang dihasilkan (mengabaikan efisiensi.) Tetapi itu tidak "menghasilkan" pekerjaan yang bermanfaat. Jika kita melihat pada turbin air, kita melihat bahwa semua energi berasal dari penurunan tekanan dan entalpi tidak ada hubungannya dengan itu.
Level River St
2
@Zaid ada benarnya. Ada perubahan pada tekanan dan suhu dalam fluida yang bekerja melalui turbin, dan kita dapat mengekspresikan kombinasi keduanya dengan entalpi. Saya akan mengedit jawaban saya untuk membuatnya lebih jelas.
Carlton
@steveverrill - Saya pikir Anda sedang mencampur antara cairan kompresibel dan cairan tidak kompresibel; dua skenario itu sangat berbeda.
Zaid
@Carlton - terima kasih untuk itu ... Saya akan mencoba mem-posting jawaban saya sendiri jika saya mendapatkan kesempatan
Zaid
4

Pemanasan air untuk membuat uap belum tentu lebih efisien, tetapi jauh lebih praktis. Apa yang Anda gambarkan adalah bagaimana mesin pembakaran internal bekerja, misalnya, jadi itu konsep yang valid. Namun, mereka melakukan ini dalam semburan dan menggunakan bahan bakar cair dan rekayasa hati-hati, yang membuat implementasi lebih praktis.

Dalam sistem berkelanjutan seperti yang Anda gambarkan, bahan bakar dibakar pada tekanan tinggi. Pertimbangkan kesulitan mekanis untuk menambahkan lebih banyak bahan bakar ke dalam sistem sambil menyegel terhadap tekanan itu. Anda juga harus mengeluarkan limbah yang tidak terbakar entah bagaimana.

Sementara fisika dasar tidak mencegah apa yang Anda gambarkan, teknik praktis bisa. Lebih mudah untuk membakar bahan bakar pada tekanan sekitar, dan menggunakan panas untuk membuat tekanan tinggi di dalam bejana tekanan yang dirancang khusus. Dengan kata lain, jauh lebih mudah untuk mendapatkan panas pada seal bertekanan daripada padatan dengan bentuk dan ukuran yang agak tidak terduga.

Olin Lathrop
sumber
Komentar Anda tentang kepraktisan sangat membantu. Pembangkit listrik tenaga uap biasanya menggunakan bahan bakar seperti batu bara, sampah, dan bahan radioaktif - bahan bakar yang tidak praktis untuk mesin siklus Otto atau Brayton.
Carlton
3

Anda hampir menggambarkan mesin turbin gas. Ini digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik, dan juga untuk menyalakan pesawat. Tetapi, dalam turbin gas, keluaran dari combustor berada pada tekanan tinggi, dan itu digunakan untuk memutar turbin. Dan, itu adalah siklus pembakaran yang berbeda dari siklus uap.

Adam
sumber
0

Anda membandingkan mesin pembakaran internal dengan mesin pembakaran eksternal. Keduanya memiliki manfaat dan pengorbanan. Efisiensi praktis dibatasi oleh desain mesin dasar dan bahan konstruksi. Anda menggambarkan turbin gas yang digerakkan oleh turbin gas buang yang memiliki rasio daya terhadap berat yang tinggi yang bagus untuk pesawat terbang, tetapi perawatannya intensif. Pembakaran eksternal dalam boiler untuk memberi makan pembangkit uap jauh lebih andal tetapi membutuhkan mesin berat yang baik untuk pembangkit listrik bertenaga dasar - dalam hal ini Anda menginginkan keandalan dan kemampuan yang mudah untuk meningkatkan produksi listrik dengan membakar lebih banyak bahan bakar sebagai perubahan beban dasar.

Orang itu
sumber
0

Kimia dua fase yang membuat tekanan menggunakan panas diperlukan.

Pressure cooker dengan hanya udara membuat tekanan jauh lebih sedikit daripada dengan satu liter air.

Air tersebut pada dasarnya merupakan tekanan potensial yang disimpan dalam keadaan dingin.

Cairan superkritis sebenarnya lebih efisien daripada uap tetapi membutuhkan bejana bertekanan lebih tinggi, dan banyak es CO2. dan zat eksotis lainnya.

com. dimengerti
sumber