Feeds:
Pos
Komentar

Archive for Oktober, 2012

Sol_6.1_to_6.3

Sol_6.4_to_6.5

Sol_6.6_to_6.7

Sol_6.8

Sol_6.9

Sol_6.10_to_6.11

Sol_12

Iklan

Read Full Post »

Problem 1

An OTEC powerplant of the Claude type (Open type) has an ideal turbine operation between 25 and 15 C. For a turbine output of 1 MW, calculate: (a) mass flowthe rate of steam (kg/s), (b) the mass flow rate of warm water (kg/s) if the evaporator temperature drop is 2 C, (c) the mass flow rate of cold water (kg/s) if the evaporator temperature drop is 2 C, (d) the cold water pipe diameter (m) if the water velocity in it is not to exceed 1 m/s.

The Answers

Problem 2

An OTEC powerplant of the Claude type (Open type) use 10e7 lbm/h of warm water surface water at 70 F. The evaporator temperature is 66 F. The condensor pressure is 0.25 psia. The turbine polytropic efficiency is 0.84. the combined turbine-generator mechanical and electrical efficiency is 0.87.  Calculate: (a) the steam mass flow  rate into the turbine (lbm/s) , (b) the gross generator output (kW), (c) the gross cycle efficiency, and (d) the cold water pipe diameter (ft) if the cold water temperature and velocity in the pipe are 56 F and 1.0 ft/s, respectively

The Answers

Problem 3

An Anderson OTEC cycle generates 150MW of nett power. It uses ammonia as the working fluid. Ammonia vapor is generated at 70F saturated and condenses at 50F. The turbine has an adiabatic efficiency of 0.80 and the turbine-generator has a combined mechanical-electrical efficiency of 0.88. The temperature drop of the ocean warm water in the evaporator and rise of the cold water in the condenser are both 8F. 14% of the gross output of the generator is used for plant pumps and other auxiliaries. Calculate: (a) the ammonia mass and volume flow rates, in pound mass per hour and cubic feet per minute at turbine inlet, (b) the warm and cold water mass and volume flow rates, in pound mass per hour and cubic feet per minute , and (c) plant nett thermal efficiency.

The Answers

IMGIMG_0001IMG_0002

Problem 4

An Anderson OTEC powerplant uses propane as the working fluid. Saturated propane vapor enters the turbine at 70F and the condenser at 50F. The turbine polytropic efficiency is 0.88 and  the turbine-generator combined mechanical-electrical efficiency is 0.80. 10E+9 lbm/h of hot water enter the evaporator at 82F and leaves at 74F. Pumps and other auxiliaries consume 14% of the generator gross output. Calculate: (a) The propane mass and volume flow rates, in pound mass per hour and cubic feet per minute at turbine inlet, (b) the plant net output, in megawatts, (c) the cold water flow, in pound mass per hour if its temperature increases 8F in the condenser , and (c) The plant nett  efficiency.

The Answers

IMG_006IMG_0003IMG_0004IMG_0005

Read Full Post »

Konversi energi termal lautan (Ocean thermal energy conversion) adalah metode untuk menghasilkan energi listrik menggunakan perbedaan temperatur yang berada di antara laut dalam dan perairan dekat permukaan untuk menjalankan mesin kalor. Seperti pada umumnya mesin kalor, efisiensi dan energi terbesar dihasilkan oleh perbedaan temperatur yang paling besar. Perbedaan temperatur antara laut dalam dan perairan permukaan umumnya semakin besar jika semakin dekat ke ekuator. Pada awalnya, tantangan perancangan OTEC adalah untuk menghasilkan energi yang sebesar-besarnya secara efisien dengan perbedaan temperatur yang sekecil-kecilnya.

Permukaan laut dipanaskan secara terus menerus dengan bantuan sinar matahari, dan lautan menutupi hampir 70% area permukaan bumi. Perbedaan temperatur ini menyimpan banyak energi matahari yang berpotensial bagi umat manusia untuk dipergunakan. Jika hal ini bisa dilakukan dengan cost effective dan dalam skala yang besar, OTEC mampu menyediakan sumber energi terbaharukan yang diperlukan untuk menutupi berbagai masalah energi.

Konsep mesin kalor adalah umum pada termodinamika, dan banyak energi yang berada di sekitar manusia dihasilkan oleh konsep ini. Mesin kalor adalah alat termodinamika yang diletakkan di antara reservoir temperatur tinggi dan reservoir temperatur rendah. Ketika kalor mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur rendah, alat tersebut mengubah sebagian kalor menjadi kerja. Prinsip ini digunakan pada mesin uap dan mesin pembakaran dalam, sedangkan pada alat pendingin, konsep tersebut dibalik. Dibandingkan dengan menggunakan energi hasil pembakaran bahan bakar, energi yang dihasilkan OTEC didapat dengan memanfaatkan perbedaan temperatur lautan disebabkan oleh pemanasan oleh matahari.

Siklus kalor yang sesuai dengan OTEC adalah siklus Rankine, menggunakan turbin bertekanan rendah. Sistem dapat berupa siklus tertutup ataupun terbuka. Siklus tertutup menggunakan cairan khusus yang umumnya bekerja sebagai refrigeran, misalnya ammonia. Siklus terbuka menggunakan air yang dipanaskan sebagai cairan yang bekerja di dalam siklusnya.

Sejarah

Meski sistem OTEC adalah suatu teknologi terbaru, konsepnya memiliki jalan pengembangan yang panjang. Dimulai pada tahun 1881, yaitu ketika Jacques Arsene d’Arsonval, fisikawan prancis yang mengajukan konsep konversi energi termal lautan. Dan murid d’Arsonval, George Claude yang membuat pembangkit listrik OTEC pertama kalinya di Kuba pada tahun 1930. Pembangkit listrik itu menghasilkan listrik 22 kilowatt dengan turbin bertekanan rendah.

Pada tahun 1931, Nikola Tesla meluncurkan buku “On Future Motive Power” yang mencakup konversi energi termal lautan. Meski ia tertarik dengan konsep tersebut, ia beranggapan bahwa hal ini tidak bisa dilakukan dalam skala besar.

Pada tahun 1935, Claude membangun pembangkit kedua di atas 10000 ton kargo yang mengapung di atas lepas pantai Brazil. Namun cuaca dan gelombang menghancurkan pembangkit listrik tersebut sebelum bisa menghasilkan energi.

Pada tahun 1956, para fisikawan Prancis mendesain 3 megawatt pembangkit listrik OTEC di Abidjan, Pantai Gading. Pembangkit listrik OTEC itu tak pernah selesai karena murahnya harga minyak di tahun 1950an yang membuat pembangkit listrik tenaga minyak lebih ekonomis.

Pada tahun 1962, J. Hilbert Anderson dan James H. Anderson, Jr. mulai mendesain sebuah siklus untuk mencapai tujuan yang tidak dicapai Claude. Mereka fokus pada pengembangan desain baru dengan efisiensi yang lebih tinggi. Setelah menganalisa masalah yang ditemukan pada desain Claude, akhirnya mereka mematenkan desain siklus tertutup buatan mereka pada tahun 1967.

Amerika serikat mulai terlibat pada penelitian OTEC pada tahun 1974, ketika otoritas Natural Energy Laboratory of Hawaii mendirikan Keahole Point di Pantai Kona, Hawaii. Laboratorium itu merupakan fasilitas penelitian dan percobaan OTEC terbesar di dunia. Hawaii merupakan lokasi yang cocok untuk penelitian OTEC karena permukaan lautnya yang hangat dan akses ke laut dalam yang dingin. Selain itu, Hawaii juga negara bagian yang biaya listriknya cukup mahal di Amerika Serikat.

Meski Jepang tidak memiliki tempat yang berpotensial untuk mendirikan OTEC, namun Jepang banyak berkontribusi dalam penelitian dan pengembangan OTEC, terutama untuk ekspor dan penerapannya di luar negeri. Salah satu proyek Jepang dalam pengembangan OTEC adalah fasilitas OTEC di Nauru yang menghasilkan 120 kW listrik. 90 kW dimanfaatkan untuk menggerakkan fasilitas OTEC tersebut dan 30 kW dialirkan ke sekolah-sekolah dan beberapa tempat di Nauru.

Prinsip Kerja

Beberapa pakar energi berpendapat bahwa OTEC akan menjadi teknologi penghasil listrik yang sangat kompetitif di masa depan. OTEC dapat memproduksi listrik hingga skala gigawatt, dan dengan penggabungan dengan sistem elektrolisis, akan menghasilkan hidrogen cukup untuk menggantikan konsumsi bahan bakar fosil dunia. Tetapi, mengatur biaya adalah yang tersulit. Seluruh fasilitas OTEC membutuhkan peralatan khusus dan pipa panjang berdiameter besar yang ditenggelamkan hingga beberapa kilometer jauhnya dari permukaan untuk mendapatkan air dingin. Dan itu membutuhkan banyak biaya.

Berdasarkan lokasi

  • Daratan
  • Mengapung
  • Perairan dangkal

Berdasarkan sistem siklus yang digunakan

  • Siklus terbuka
  • Siklus tertutup
  • Siklus hybrid

Air laut yang dingin merupakan bagian utama dari tiga tipe siklus tersebut. Untuk mengoperasikannya, air laut yang dingin harus dipompa ke permukaan. Cara lainnya adalah dengan desalinasi air laut dekat dasar laut yang akan menyebabkan air laut itu mengalir ke atas karena perbedaan densitas.

Siklus tertutup

Diagram siklus tertutup OTEC

Siklus tertutup menggunakan fluida dengan titik didih rendah, misalnya amonia, untuk memutar turbin dan menghasilkan listrik. Air hangat di permukaan dipompa ke penukar panas di mana fluida bertitik didih rendah dididihkan. Fluida yang mengalami perubahan wujud menjadi uap akan mengalami peningkatan tekanan. Uap bertekanan tinggi ini lalu dialirkan ke turbin untuk menghasilkan listrik. Uap tersebut lalu didinginkan kembali dengan air dingin dari laut dalam dan mengembun. Lalu fluida kembali melakukan siklusnya.

Siklus terbuka

Siklus terbuka menggunakan air laut untuk menghasilkan listrik. Air laut yang hangat dimasukkan ke dalam tangki bertekanan rendah sehingga menguap. Uap ini dugunakan untuk menggerakkan turbin. Air laut yang menguap meninggalkan mineral laut seperti garam dan lain sebagainya sehingga bermanfaat untuk menghasilkan air tawar untuk diminum dan irigasi.

Siklus hybrid

Siklus hybrid menggunakan keunggulan sistem siklus terbuka dan tertutup. Siklus hybrid menggunakan air laut yang dilekatakkan di tangki bertekanan rendah untuk dijaikan uap. Lalu uap tersebut digunakan untuk menguapkan fluida bertitik didih rendah (amonia atau yang lainnya). Uap air laut tersebut lalu dikondensasikan untuk menghasilkan air tawar desalinasi.

Teknologi terkait

OTEC memiliki banyak manfaat selain hanya menghasilkan energi listrik.

Air Conditioning

Air laut yang dingin yang dipompa oleh fasilitas OTEC memberikan kemampuan untuk pendinginan mesin-mesin yang berkaitan dengan fasilitas OTEC. Menurut perhitungan Departemen Energi Amerika Serikat, pipa berdiameter 0,3 m dapat memompa sebanyak 0,08 meter kuibk air perdetik. Jika 6 oC air dingin mampu dipompa oleh fasilitas OTEC, dapat digunakan untuk mendinginkan bangunan besar. Jika sistem beroperasi selama 8000 jam dan listrik lokal dijual seharga 5-10 sen per kWh, maka itu akan menghemat tagihan listrik sebesar 200.000 hingga 400.000 dolar pertahun.

Budidaya perairan

Sistem OTEC memiliki kemampuan untuk memompa air laut perairan dalam dalam jumlah besar. Air laut tersebut mengandung nutrisi yang diperlukan untuk budidaya perikanan. Budidaya salmon dan lobster sangat bergantung pada nutrisi dari laut dalam, sehingga hal ini sangat berpotensial untuk dikembangkan. Dinginnya air juga dapat dipergunakan untuk mengatur suhu air kolam budidaya dan mendinginkan hasil budidaya.

Desalinasi

Sistem siklus terbuka dan hybrid OTEC dapat dimanfatkan untuk desalinasi. Air yang dikondensasi adalah air tawar tanpa mineral laut yang dapat dijadikan air minum atau irigasi pertanian dekat pantai.

Produksi hidrogen

Hidrogen bisa diproduksi lewat elektrolisis menggunakan listrik yang dihasilkan OTEC. Air hasil disalinasi dapat dimanfaatkan sebagai medium elektrolisis dengan penambahan bahan lain untuk meningkatkan efisiensi.

Ekstraksi mineral

Sejak dulu diketahui bahwa laut mengandung banyak sekali mineral terlarut yang dapat dimanfaatkan, misalnya magnesium, namun mahalnya biaya pemompaan dibandingkan dengan hasilnya membuat kegiatan tersebut tidak berlangsung secara besar-besaran. Dengan adanya fasilitas OTEC, ekstraksi mineral air laut dalam dapat dilakukan sambil memproduksi listrik.

Hambatan

  • Degradasi kemampuan penukar panas akibat gas terlarut
  • Degradasi kemampuan penukar panas akibat mikroba
  • Penutupan yang tidak rapat – hal ini penting karena OTEC bekerja pada tekanan rendah. Meningkatnya tekanan dapat menyebabkan berkurangnya kinerja pembangkit listrik
  • Kompresor tua dapat mengambil energi berlebih – hal ini dapat mengakibatkan total energi bersih yang dihasilkan berkurang

SUMBER: WIKIPEDIA.ORG

Read Full Post »