PENGGERAK MULA
Turbin Uap
Oleh :
Kelompok 3
Hana
masita (2011-72-065)
Gracia
matatula (2011-72-040)
Divia
alvionita sakina (2011-72-058)
Marthen
b a risakota (2011-72-020)
Fervin
likumahwa (2011-72-027)
Muhdi
suwakul (2011-72-056)
Boysilan
kelerey (2011-72-025)
Usman
madaul (2011-72-026)
Ahmad
pangeran (2011-72-019)
JURUSAN TEKNIK MESIN
PROGRAM STUDI TEKNIK INDUSTRI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS PATTIMURA
AMBON
2012
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Dalam sejarah, mesin uap pertama kali dibuat oleh Hero
dari Alexandria, yaitu sebuah prototipe turbin uap primitif yang
bekerja menggunakan prisip reaksi. Selanjutnya setelah penemuan Hero,
beberapa abad kemudian dikembangkan turbin uap oleh beberapa orang yang
berusaha memanfaatkan uap sebagai sumber energi untuk peralatan
mereka. Thomas Savery (1650-1715) adalah orang Inggris yang membuat
mesin uap bolak-balik pertama, mesin ini tidak populer karena mesin
sering meledak dan sangat boros uap. Untuk memperbaiki kinerja dari
mesin Savery, Denis Papin (1647-1712) membuat katup-katup pengaman
dan mengemukakan gagasan untuk memisahkan uap air dan air
dengan menggunakan torak.
Gagasan Papin direspons oleh Thomas Newcomen (
1663-1729) yang merancang dan membangun mesin menggunakan torak.
Prinsip kerja yaitu uap tekanan rendah dimasukan ke silinder dan menekan
torak sehingga bergerak ke atas. Selanjutnya, silinder disemprot air
sehingga terjadi kondensasi uap, tekanan menjadi turun dan vakum.
Karena tekanan atmosfer dari luar torak turun maka terjadi langkah
kerja. Perkembangan mesin uap selanjutnya adalah mesin uap
yang dikembangkan oleh James Watt. Selama kurang lebih 20 tahun
ia mengembangkan dan memperbaiki kinerja dari mesin Newcomen. Gagasan
James Watt yang paling penting adalah mengkonversi gerak bolak-balik menjadi
geraka putar (1781). Mesin tersebut kemudian dikembangkan lebih lanjut
oleh Corliss (1817-1888), yaitu dengan mengembangkan katup masuk yang
menutup cepat, untuk mencegah pencekikan katup pada waktu menutup. Mesin
Corliss menghemat penggunaan bahan bakar batu bara separo dari batu bara
yang digunakan mesin uap James watt.
Kemudian Stumpf (1863) mengembangkan mesin uniflow
yang dirancang untuk mengurangi susut kondensasi. Mesin uap yang
dibuat paling besar pada abad 18 adalah menghasikan daya 5 MW, pada
waktu itu dianggap raksasa, karena tidak adal agi mesin yang lebih
besar. Seiring dengan kebutuhan tenaga listrik yang besar, kemudian
banyak pengembangan untuk membuat mesin yang lebih efisien yang
berdaya besar.
Gustav de Laval (1845-1913) dari Swedia dan Charles
Parson (1854-1930) dari Inggris adalah dua penemu awal dari dasar turbin
uap modern. De laval pada mulanya mengembangkan turbin rekasi
kecil berkecepatan tinggi, namun menganggapnya tidak praktis dan
kemudian mengembangkan turbin impuls satu tahap yang andal, dan
namanya digunakan untuk nama turbin jenis impuls. Berbeda dengan De
laval, Parson mengembang turbin rekasi tingkat banyak, turbinnya
dipakai pertama kali pada kapal laut.
Disamping para penemu di atas, penemu-penemu lainnya
saling melengkapi dan memperbaiki kinerja dari turbin uap. Rateau dari
Prancis mengembangkan turbin impuls tingkat banyak, dan C.G. Curtis
dari Amerika Serikat mengembangkan tubin impuls gabungan
kecepatan. Selanjutnya, penggunaan turbin uap meluas dan praktis menggantikan mesin
uap bolak-balik, dengan banyak keuntungan. Penggunaan uap panas lanjut
yang meningkatkan efisiensi sehingga turbin uap berdaya besar (1000 MW,
3600 rpm, 60 Hz) banyak dibangun.
Turbin uap
memiliki kelebihan berupa efisiensi termal yang besar dan perbandingan berat
dengan daya yang dihasilkan yang cukup tinggi. Pada prosesnya turbin uap
menghasilkan gerakan rotasi, sehingga hal ini sangat cocok digunakan untuk
menggerakkan generator listrik. Pada saat ini, sudah hampir 80% pembangkit
listrik diseluruh dunia telah menggunakan turbin uap. Dengan demikian, ulasan di atas
melatarbelakangi kami mengangkat kajian tentang turbin uap.
1.2 Tujuan
Adapun
tujuan dari pembuatan makalah ini adalah ;
1. Mengidentifikasi definisi turbin
uap
2. Menjelaskan prinsip kerja turbin
uap
3. Dapat membedakan klasifikasi
turbin uap berdasarkan prinsip kerja, berdasarkan tingkat penurunan tekanan
dalam turbin,dan proses penurunan tekanan uap.
1.3 Metode
Metode yang kami gunakan dalam penyusunan makalah ini, yaitu studi pustaka dimana kami mengumpulkan
informasi-informasi dengan cara menggali informasi dari buku-buku referensi serta
media-media massa yang ada.
BAB II
ISI
2.1 Definisi Turbin Uap
Siklus Renkine
setelah diciptakan langsung diterima sebagai standar untuk pembangkit daya yang
menggunakan uap (steam ). Siklus Renkine nyata yang digunakan dalam instalasi
pembangkit daya jauh lebih rumit dari pada siklus renkine ideal asli yang
sederhana. siklus ini merupakan siklus yang paling banyak digunakan untuk
pembangkit daya listrik sekarang ini. Oleh karena siklus Rankine merupakan
sikus uap cair maka paling baik siklus itu digambarkan dengan diagram P-v dan
T-s dengan garis yang menunjukkan uap jenuh dan cair jenuh. Fluida kerjanya
adalah air (H2O).
Turbin Uap adalah
salah satu komponen dasar dalam pembangkit listrik tenaga uap. Dimana komponen utama dari sistem tersebut
yaitu : Ketel, kondensor, pompa air ketel, dan turbin itu sendiri. Uap yang
berfungsi sebagai fluida kerja dihasilkan oleh katel uap, yaitu suatu alat yang
berfungsi untuk mengubah air menjadi uap.
2 3
Wp WT
1 4
Gambar.1. Siklus
rankine
Siklus ideal yang
terjadi didalam turbin adalah siklus Renkine ; Air pada siklus 1 dipompakan,
kondisinya adalah isentropik s1 = s2
masuk ke boiler dengan tekanan yang sama dengan tekanan di kondenser
tetapi Boiler menyerap panas sedangkan kondenser melepaskan panas, kemudian
dari boiler masuk ke turbin dengan kondisi
super panas h3 = h4 dan
keluaran dari turbin berbentuk uap jenuh dimana laju aliran massa yang
masuk ke turbin sama dengan laju aliran massa keluar dari turbin, ini dapat
digambarkan dengan menggunakan diagram
T-s berikut:
3
T Cp
2
4
1
|
s
Menurut Hukum pertama Thermodinamika,
kerja yang dihasilkan oleh suatu proses siklus adalah sama dengan Jumlah
Perpindahan Kalor pada fluida kerja selama proses siklus tersebut
berlangsung. Jadi untuk proses Siklus
1 – 2 – 2’ – 3 –
3’ – 4 – 1
Dengan rumus:
W = f T dS
W =
Kerja per satuan berat fluida kerja
Ds = Luas 1 – 2 - 2 – 2’ – 3 – 4 - 1 pada diagaram ( T – s )
Dalam kenyataan
Siklus sistem Turbin Uap menyimpang
dari Siklus Ideal (Siklus Rankine )
antara lain karena faktor tersebut dibawah ini :
1.
Kerugian
dalam pipa atau saluran fluida kerja, misalnya kerugian gesekan dan kerugian
kalor ke atmosfer disekitarnya .
2. Kerugian tekanan dalam ketel
uap
3. Kerugian energi didalam turbin karena adanya gesekan pada fluida
kerja dan bagian-bagian dari turbin.
2.2
Prinsip Kerja Turbin Uap
Secara singkat prinsip kerja turbin uap
adalah sebagai berikut :
Uap
masuk kedalam turbin melalui nosel. Didalam nosel energi panas dari uap dirubah
menjadi energi kinetis dan uap mengalami
pengembangan.
Tekanan uap pada
saat keluar dari nosel lebih kecil dari pada saat masuk ke dalam nosel, akan tetapi sebaliknya kecepatan uap
keluar nosel lebih besar dari pada saat masuk ke dalam nosel.
Uap yang memancar
keluar dari nosel diarahkan ke sudu-sudu turbin yang berbentuk lengkungan dan
dipasang disekeliling roda turbin. Uap yang mengalir melalui celah-celah antara
sudu turbin itu dibelokkan kearah mengikuti lengkungan dari sudu turbin. Perubahan
kecepatan uap ini menimbulkan gaya yang mendorong dan kemudian memutar roda dan
poros turbin.
Jika uap
masih mempunyai kecepatan saat meninggalkn sudu turbin berarti hanya sebagian
yang energi kinetis dari uap yang diambil oleh sudu-sudu turbin yang berjalan.
Supaya energi kinetis yang tersisa saat meninggalkan sudu turbin dimanfaatkan
maka pada turbin dipasang lebih dari satu baris sudu gerak. Sebelum memasuki
baris kedua sudu gerak. Maka antara baris pertama dan baris kedua sudu gerak
dipasang satu baris sudu tetap ( guide blade ) yang berguna untuk mengubah arah
kecepatan uap, supaya uap dapat masuk ke baris kedua sudu gerak dengan arah
yang tepat.
Kecepatan
uap saat meninggalkan sudu gerak yang terakhir harus dapat dibuat sekecil
mungkin, agar energi kinetis yang tersedia dapat dimanfaatkan sebanyak mungkin.
Dengan demikian effisiensi turbin menjadi lebih tinggi karena kehilangan energi
relatif kecil.
2.3 Klasifikasi turbin uap
Turbin Uap dapat
diklasifikasikan menjadi beberapa kategori yang berbeda berdasarkan pada
konstruksinya, prinsip kerjanya dan menurut peoses penurunan tekanan uap
sebagai berikut:
2.3.1 Klasifikasi Turbin berdasarkan Prinsip
Kerjanya
1.
Turbin Impulse
Turbin impuls atau turbin tahapan impuls
adalah turbin sederhana berrotor satu atau banyak (gabungan ) yang mempunyai
sudu-sudu pada rotor itu. Sudu biasanya simetris dan mempunyai sudut masuk dan
sudut keluar.
q
Turbin satu tahap.
q
Turbin impuls gabungan.
q
Turbin impuls gabungan
kecepatan.
Ciri-ciri dari turbin impuls antara lain:
- Proses
pengembangan uap / penurunan tekanan seluruhnya terjadi pada sudu diam / nosel.
-
Akibat tekanan dalam turbin
sama sehingga disebut dengan Tekanan Rata.
2.
Turbin Reaksi
Turbin reaksi mempunyai tiga tahap, yaitu
masing-masingnya terdiri dari baris sudu tetap dan dua baris sudu gerak. Sudu
bergerrak turbin reaksi dapat dibedakan dengan mudah dari sudu impuls karena
tidak simetris, karena berfungsi sebagai nossel bentuknya sama dengan sudu
tetap walaupun arahnya lengkungnya berlawanan.
Ciri-ciri
turbin ini adalah :
-
Penurunan
tekanan uap sebagian terjadi di Nosel dan Sudu
Gerak
-
Adanya
perbedaan tekanan didalam turbin sehingga disebut Tekanan Bertingkat.
-
2.3.2
Klasifikasi turbin uap berdasarkan pada
tingkat penurunan Tekanan Dalam Turbin
Ø Turbin Tunggal ( Single Stage )
Dengan kecepatan satu tingkat atau lebih
turbin ini cocok untuk untuk daya kecil, misalnya penggerak kompresor, blower,
dll.
Ø Turbin Bertingkat (Aksi dan Reaksi ).
Disini
sudu-sudu turbin dibuat bertingkat, biasanya cocok untuk daya besar. Pada
turbin bertingkat terdapat deretan sudu 2 atau lebih. Sehingga turbin tersebut
terjadi distribusi kecepatan / tekanan.
2.3.3 Klasifikasi turbin
berdasarkan Proses Penurunan Tekanan Uap
Ø Turbin Kondensasi.
Tekanan keluar turbin kurang dari 1
atm dan dimasukkan kedalam kompresor.
Ø Turbin Tekanan Lawan.
Apabila tekanan sisi keluar turbin masih
besar dari 1 atm sehingga masih dapat dimanfaatkan untuk
menggerakkan turbin lain.
Ø Turbin Ekstraksi.
Didalam turbin ini sebagian uap dalam turbin
diekstraksi untuk roses pemanasan lain,
misalnya proses industri.
2.4 Prinsip Kerja Turbin
Uap Jenis Bertingkat 905 TG – 1 / 2 / 3 / 4
Turbin pembangkit listrik tenaga uap UP II Dumai adalah turbin yang
mempunyai Condensing Axial Flow Type dan memiliki turbin jenis bertingkat.
Turbin uap yang diinjeksikan steam LP
kedalam turbin dan keluaran dalam bentuk condence (uap jenuh) dan disebut dengan turbin uap kondensasi. Besarnya
tekanan keluaran 0,04 bar sampai dengan 0,1 bar.
Turbin uap dibuat dengan daya yang telah ditentukan. Daya yang
dihasilkan turbin diperoleh dari selisih entalphi (panas jatuh) dan kapasitas uap ( massa aliran uap persatuan
waktu ) yang masuk kedalam turbin. Dan pada saat transformasi energi didalam
turbin terjadi kerugian, sehingga daya yang dihasilkan turbin dapat dihitung
dengan persamaan berikut:
P = h . ms . hi . hm dalam KW
Dimana :
h
: selisih entalpi dari ekspansi
esentropik antara uap baru masuk kedalam turbin
dengan uap bekas yang keluar dari turbin , dalam KJ/Kg.
Ms : kapasitas
uap (massa uap
yang masuk kedalam turbin persatuan waktu).
hi : Rendemen dalam turbin.
hm : Rendamen mekanis dari turbin.
Dan randemen dari kopling dari turbin
hI . hm = hc
Besarnya harga randemen dari turbin tergantung dari kepada sistem
sudu-sudu turbin. Pada turbin bertingkat deretan sudu ada dua atau lebih
sehingga dalam turbin tersebut terjadi distribusi kecepatan / tekanan,
tegantung dari jenis turbin ( aksi dan reaksi ) serta hasil-hasil fabrikasi. Berikut
gambar grafik kecepatan bertingkat dan tekanan bertingkat pada turbin
bertingkat aksi dan reaksi. Turbin reaksi mengalami ekspansi pada sudu pengarah
maupun pada sudu gerak sehingga menggerakan dan mendorong sudu dalam arah
aksial. Untuk mengurangi dorongan aksial ini, adalah biasanya dengan memasang sudu-sudu gerak pada pada drum yang
juga berfungsi sebagai rotor.
2.4.1 Proses Induction Steam
Turbin.
Proses pemasukan uap di turbin uap
905 – GT 1/2/3/4 secara sederhana :
Uap masuk kedalam emergency stop valve, dimana fungsinya menutup
total suplay uap dari boiler ke turbin dalam waktu yang singkat. Setelah dari
stop valve, uap melewati HP control
valve. Control valve ( katup pengatur ) ini digerakkan oleh sebuah balok yang
diatur naik atau turun oleh sebuah silinder melalui serangkai tuas. Silinder
ini menerima sinyal dari Governor.
Katup pengatur uap
tekanan tinggi ( HP Control Valve )
mengatur jumlah uap yang masuk ke nosel
( pipa semprot ), yang selanjutnya menggerakkan turbin impuls satu
tingkat. Energi uap yang masih tersisa kemudian menggerakkan turbin reaksi yang
terdiri atas 14 tingkat. Desain turbin
ini memungkinkan penggunaan uap tekanan rendah (LP steam) yang
diijeksikan/induction untuk membantu menggerakkan turbin reaksi tingkat ke 13 dan
tingkat ke 14.
Pola operasi dengan
uap tekanan rendah yang bertekanan konstan diatur oleh LP control valve ( katup
pengatur uap tekanan rendah ). Governor mengatur aliran uap tekanan rendah dan
daya keluaran turbin yang tidak saling bergantung satu sama lainnya. Uap yang
telah diekspansikan keluar melalui pipa buangan berdiameter 70 inchi. Pipa
buangan dari tiap turbin 905 - TG 1/2/3/4 bergabung pada satu pipa berdiameter
110 inchi yang selanjutnya mengalirkan uap dan kondensat ke surface condensor
(pendingin dengan media udara). Sebelum air tersebut dikembalikan ke
Boiler (ketel), air kondensat
digabungkan dengan air yang ada pada bak penampung dan dipompakan ke Turbin 1
Tingkat yang berjumlah dua buah untuk menjaga kekurangan kuantitas air ke
Boiler. Air dikembalikan kembali ke boiler untuk diubah menjadi uap kembali,
jadi sistem yang digunakan adalah sistem tertutup.
Rumah turbin
terbagi dua dalam arah horizontal yang dipasangkan pada dudukan Bantalan
(Bearing Pendestal ).
Pipa keluaran uap
dan kondensat dihubungkan dengan turbin memakai sambungan Flens dan arah aliran
kebawah. Poros turbin terbuat
dari baja tempa yang kemudian dikerjakan
dengan proses permesinan. Sudu turbin terdiri dari sudu impuls dan sudu reaksi.
Bantalan Luncur ( Jounal Bearing ) penyangga poros terdiri dari dua bahagian.
Dudukan bagian depan juga merupakan Rumah Bantalan Aksial (Trust Bearing) yang meredam
gaya aksial. Kelonggaran yang tepat antara sudu tetap dengan sudu gerak akan
menghasilkan pemanfaatan energi yang optimum.
Balancing
Piston dipasang pada turbin untuk mengimbangi gaya aksial yang ditimbulkan oleh
sudu reaksi. Besarnya gaya aksial bergantung kepada beban yang terjadi yang
kelebihannya ditahan oleh bantalan aksial. Pada saat bersamaan Balancing piston menyekat uap
tekanan tinggi didaerah sudu impuls. Diafragma memisahkan uap bertekanan tinggi
dengan uap bertekanan rendah. Turbin dikontrol oleh governor hidrolik.
Pompa
pelumas utama dan Impeler dari governor diputar oleh turbin melalui roda gigi.
Governor adalah sebagai pengatur yang berfungsi untuk mengurangi aliran uap ke
turbin bila kecepatan putar melebihi yang diinginkan (Over Speed).
BAB III
PENUTUP
Kesimpulan
Turbin Uap adalah salah satu komponen
dasar dalam pembangkit listrik tenaga uap, dimana komponen utama dari sistem
tersebut yakni : Ketel, Kondensor, Pompa Air Ketel, dan Turbin itu sendiri. Uap
yang berfungsi sebagai fluida kerja dihasilkan oleh ketel uap, yaitu suatu alat
yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap
Adapun
prinsip kerja turbin uap adalah Uap masuk kedalam
turbin melalui nosel. Didalam nosel energi panas dari uap dirubah menjadi
energi kinetis dan uap mengalami
pengembangan. Tekanan uap pada saat keluar dari nosel lebih kecil dari pada
saat masuk ke dalam nosel, akan tetapi
sebaliknya kecepatan uap keluar nosel lebih besar dari pada saat masuk ke dalam
nosel. Uap yang memancar keluar dari nosel diarahkan ke sudu-sudu turbin yang
berbentuk lengkungan dan dipasang disekeliling roda turbin. Uap yang mengalir
melalui celah-celah antara sudu turbin itu dibelokkan kearah mengikuti
lengkungan dari sudu turbin. Perubahan kecepatan uap ini menimbulkan gaya yang
mendorong dan kemudian memutar roda dan poros turbin.
Turbin uap terdiri dari beberapa jenis antara lain :
1. Turbin uap Berdasarkan
prinsip kerjanya
a. Turbin impuls, yaitu turbin sederhana berrotor
satu atau banyak (gabungan) yang mempunyai sudu-sudu pada rotor itu.
b. Turbin reaksi. Turbin ini memiliki 3 tahap
yaitu masing-masingnya terdiri dari baris sudu tetap dan dua baris sudu gerak.
2. Turbin
uap berdasarkan tingkat penurunan Tekanan Dalam Turbin
a. Turbin Tunggal (Single Stage)
Dengan
kecepatan satu tingkat atau lebih turbin ini cocok untuk daya kecil, misalnya penggerak kompresor,
blower, dll
b. Turbin Bertingkat (Aksi dan Reaksi).
Disini
sudu-sudu turbin dibuat bertingkat, biasanya cocok untuk daya besar. Pada turbin ini terdapat deretan
sudu 2 atau lebih sehingga turbin ini terjadi
distribusi kecepatan/tekanan.
3. Turbin uap berdasarkan Proses Penurunan Tekanan
Uap
a. Turbin Kondensasi
Tekanan
keluar turbin kurang dari 1atm dan dimasukkan kedalam kompresor
b. Turbin
Tekanan Lawan
Apabila
tekanan sisi keluar turbin masih besar dari 1atm sehingga dapat dimanfaatkan untuk menggerakan turbin lain.
c. Turbin Ekstraksi
Didalam
turbin ini sebagian uap dalam turbin diekstraksi untuk proses pemanasan lain, misalnya proses industri
DAFTAR PUSTAKA
1. Fanchi. John R., Energy –
Technology and Directions for the Future.
ElsevierAcademic Press, 2004.
2. Arismunandar, W. PENGGERAK MULA TURBIN. ITB Bandung. 1980
3. Http :google.com
PENGGERAK MULA
Turbin Uap
Oleh :
Kelompok 3
Hana
masita (2011-72-065)
Gracia
matatula (2011-72-040)
Divia
alvionita sakina (2011-72-058)
Marthen
b a risakota (2011-72-020)
Fervin
likumahwa (2011-72-027)
Muhdi
suwakul (2011-72-056)
Boysilan
kelerey (2011-72-025)
Usman
madaul (2011-72-026)
Ahmad
pangeran (2011-72-019)
JURUSAN TEKNIK MESIN
PROGRAM STUDI TEKNIK INDUSTRI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS PATTIMURA
AMBON
2012
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Dalam sejarah, mesin uap pertama kali dibuat oleh Hero
dari Alexandria, yaitu sebuah prototipe turbin uap primitif yang
bekerja menggunakan prisip reaksi. Selanjutnya setelah penemuan Hero,
beberapa abad kemudian dikembangkan turbin uap oleh beberapa orang yang
berusaha memanfaatkan uap sebagai sumber energi untuk peralatan
mereka. Thomas Savery (1650-1715) adalah orang Inggris yang membuat
mesin uap bolak-balik pertama, mesin ini tidak populer karena mesin
sering meledak dan sangat boros uap. Untuk memperbaiki kinerja dari
mesin Savery, Denis Papin (1647-1712) membuat katup-katup pengaman
dan mengemukakan gagasan untuk memisahkan uap air dan air
dengan menggunakan torak.
Gagasan Papin direspons oleh Thomas Newcomen (
1663-1729) yang merancang dan membangun mesin menggunakan torak.
Prinsip kerja yaitu uap tekanan rendah dimasukan ke silinder dan menekan
torak sehingga bergerak ke atas. Selanjutnya, silinder disemprot air
sehingga terjadi kondensasi uap, tekanan menjadi turun dan vakum.
Karena tekanan atmosfer dari luar torak turun maka terjadi langkah
kerja. Perkembangan mesin uap selanjutnya adalah mesin uap
yang dikembangkan oleh James Watt. Selama kurang lebih 20 tahun
ia mengembangkan dan memperbaiki kinerja dari mesin Newcomen. Gagasan
James Watt yang paling penting adalah mengkonversi gerak bolak-balik menjadi
geraka putar (1781). Mesin tersebut kemudian dikembangkan lebih lanjut
oleh Corliss (1817-1888), yaitu dengan mengembangkan katup masuk yang
menutup cepat, untuk mencegah pencekikan katup pada waktu menutup. Mesin
Corliss menghemat penggunaan bahan bakar batu bara separo dari batu bara
yang digunakan mesin uap James watt.
Kemudian Stumpf (1863) mengembangkan mesin uniflow
yang dirancang untuk mengurangi susut kondensasi. Mesin uap yang
dibuat paling besar pada abad 18 adalah menghasikan daya 5 MW, pada
waktu itu dianggap raksasa, karena tidak adal agi mesin yang lebih
besar. Seiring dengan kebutuhan tenaga listrik yang besar, kemudian
banyak pengembangan untuk membuat mesin yang lebih efisien yang
berdaya besar.
Gustav de Laval (1845-1913) dari Swedia dan Charles
Parson (1854-1930) dari Inggris adalah dua penemu awal dari dasar turbin
uap modern. De laval pada mulanya mengembangkan turbin rekasi
kecil berkecepatan tinggi, namun menganggapnya tidak praktis dan
kemudian mengembangkan turbin impuls satu tahap yang andal, dan
namanya digunakan untuk nama turbin jenis impuls. Berbeda dengan De
laval, Parson mengembang turbin rekasi tingkat banyak, turbinnya
dipakai pertama kali pada kapal laut.
Disamping para penemu di atas, penemu-penemu lainnya
saling melengkapi dan memperbaiki kinerja dari turbin uap. Rateau dari
Prancis mengembangkan turbin impuls tingkat banyak, dan C.G. Curtis
dari Amerika Serikat mengembangkan tubin impuls gabungan
kecepatan. Selanjutnya, penggunaan turbin uap meluas dan praktis menggantikan mesin
uap bolak-balik, dengan banyak keuntungan. Penggunaan uap panas lanjut
yang meningkatkan efisiensi sehingga turbin uap berdaya besar (1000 MW,
3600 rpm, 60 Hz) banyak dibangun.
Turbin uap
memiliki kelebihan berupa efisiensi termal yang besar dan perbandingan berat
dengan daya yang dihasilkan yang cukup tinggi. Pada prosesnya turbin uap
menghasilkan gerakan rotasi, sehingga hal ini sangat cocok digunakan untuk
menggerakkan generator listrik. Pada saat ini, sudah hampir 80% pembangkit
listrik diseluruh dunia telah menggunakan turbin uap. Dengan demikian, ulasan di atas
melatarbelakangi kami mengangkat kajian tentang turbin uap.
1.2 Tujuan
Adapun
tujuan dari pembuatan makalah ini adalah ;
1. Mengidentifikasi definisi turbin
uap
2. Menjelaskan prinsip kerja turbin
uap
3. Dapat membedakan klasifikasi
turbin uap berdasarkan prinsip kerja, berdasarkan tingkat penurunan tekanan
dalam turbin,dan proses penurunan tekanan uap.
1.3 Metode
Metode yang kami gunakan dalam penyusunan makalah ini, yaitu studi pustaka dimana kami mengumpulkan
informasi-informasi dengan cara menggali informasi dari buku-buku referensi serta
media-media massa yang ada.
BAB II
ISI
2.1 Definisi Turbin Uap
Siklus Renkine
setelah diciptakan langsung diterima sebagai standar untuk pembangkit daya yang
menggunakan uap (steam ). Siklus Renkine nyata yang digunakan dalam instalasi
pembangkit daya jauh lebih rumit dari pada siklus renkine ideal asli yang
sederhana. siklus ini merupakan siklus yang paling banyak digunakan untuk
pembangkit daya listrik sekarang ini. Oleh karena siklus Rankine merupakan
sikus uap cair maka paling baik siklus itu digambarkan dengan diagram P-v dan
T-s dengan garis yang menunjukkan uap jenuh dan cair jenuh. Fluida kerjanya
adalah air (H2O).
Turbin Uap adalah
salah satu komponen dasar dalam pembangkit listrik tenaga uap. Dimana komponen utama dari sistem tersebut
yaitu : Ketel, kondensor, pompa air ketel, dan turbin itu sendiri. Uap yang
berfungsi sebagai fluida kerja dihasilkan oleh katel uap, yaitu suatu alat yang
berfungsi untuk mengubah air menjadi uap.
2 3
Wp WT
1 4
Gambar.1. Siklus
rankine
Siklus ideal yang
terjadi didalam turbin adalah siklus Renkine ; Air pada siklus 1 dipompakan,
kondisinya adalah isentropik s1 = s2
masuk ke boiler dengan tekanan yang sama dengan tekanan di kondenser
tetapi Boiler menyerap panas sedangkan kondenser melepaskan panas, kemudian
dari boiler masuk ke turbin dengan kondisi
super panas h3 = h4 dan
keluaran dari turbin berbentuk uap jenuh dimana laju aliran massa yang
masuk ke turbin sama dengan laju aliran massa keluar dari turbin, ini dapat
digambarkan dengan menggunakan diagram
T-s berikut:
3
T Cp
2
4
1
|
s
Menurut Hukum pertama Thermodinamika,
kerja yang dihasilkan oleh suatu proses siklus adalah sama dengan Jumlah
Perpindahan Kalor pada fluida kerja selama proses siklus tersebut
berlangsung. Jadi untuk proses Siklus
1 – 2 – 2’ – 3 –
3’ – 4 – 1
Dengan rumus:
W = f T dS
W =
Kerja per satuan berat fluida kerja
Ds = Luas 1 – 2 - 2 – 2’ – 3 – 4 - 1 pada diagaram ( T – s )
Dalam kenyataan
Siklus sistem Turbin Uap menyimpang
dari Siklus Ideal (Siklus Rankine )
antara lain karena faktor tersebut dibawah ini :
1.
Kerugian
dalam pipa atau saluran fluida kerja, misalnya kerugian gesekan dan kerugian
kalor ke atmosfer disekitarnya .
2. Kerugian tekanan dalam ketel
uap
3. Kerugian energi didalam turbin karena adanya gesekan pada fluida
kerja dan bagian-bagian dari turbin.
2.2
Prinsip Kerja Turbin Uap
Secara singkat prinsip kerja turbin uap
adalah sebagai berikut :
Uap
masuk kedalam turbin melalui nosel. Didalam nosel energi panas dari uap dirubah
menjadi energi kinetis dan uap mengalami
pengembangan.
Tekanan uap pada
saat keluar dari nosel lebih kecil dari pada saat masuk ke dalam nosel, akan tetapi sebaliknya kecepatan uap
keluar nosel lebih besar dari pada saat masuk ke dalam nosel.
Uap yang memancar
keluar dari nosel diarahkan ke sudu-sudu turbin yang berbentuk lengkungan dan
dipasang disekeliling roda turbin. Uap yang mengalir melalui celah-celah antara
sudu turbin itu dibelokkan kearah mengikuti lengkungan dari sudu turbin. Perubahan
kecepatan uap ini menimbulkan gaya yang mendorong dan kemudian memutar roda dan
poros turbin.
Jika uap
masih mempunyai kecepatan saat meninggalkn sudu turbin berarti hanya sebagian
yang energi kinetis dari uap yang diambil oleh sudu-sudu turbin yang berjalan.
Supaya energi kinetis yang tersisa saat meninggalkan sudu turbin dimanfaatkan
maka pada turbin dipasang lebih dari satu baris sudu gerak. Sebelum memasuki
baris kedua sudu gerak. Maka antara baris pertama dan baris kedua sudu gerak
dipasang satu baris sudu tetap ( guide blade ) yang berguna untuk mengubah arah
kecepatan uap, supaya uap dapat masuk ke baris kedua sudu gerak dengan arah
yang tepat.
Kecepatan
uap saat meninggalkan sudu gerak yang terakhir harus dapat dibuat sekecil
mungkin, agar energi kinetis yang tersedia dapat dimanfaatkan sebanyak mungkin.
Dengan demikian effisiensi turbin menjadi lebih tinggi karena kehilangan energi
relatif kecil.
2.3 Klasifikasi turbin uap
Turbin Uap dapat
diklasifikasikan menjadi beberapa kategori yang berbeda berdasarkan pada
konstruksinya, prinsip kerjanya dan menurut peoses penurunan tekanan uap
sebagai berikut:
2.3.1 Klasifikasi Turbin berdasarkan Prinsip
Kerjanya
1.
Turbin Impulse
Turbin impuls atau turbin tahapan impuls
adalah turbin sederhana berrotor satu atau banyak (gabungan ) yang mempunyai
sudu-sudu pada rotor itu. Sudu biasanya simetris dan mempunyai sudut masuk dan
sudut keluar.
q
Turbin satu tahap.
q
Turbin impuls gabungan.
q
Turbin impuls gabungan
kecepatan.
Ciri-ciri dari turbin impuls antara lain:
- Proses
pengembangan uap / penurunan tekanan seluruhnya terjadi pada sudu diam / nosel.
-
Akibat tekanan dalam turbin
sama sehingga disebut dengan Tekanan Rata.
2.
Turbin Reaksi
Turbin reaksi mempunyai tiga tahap, yaitu
masing-masingnya terdiri dari baris sudu tetap dan dua baris sudu gerak. Sudu
bergerrak turbin reaksi dapat dibedakan dengan mudah dari sudu impuls karena
tidak simetris, karena berfungsi sebagai nossel bentuknya sama dengan sudu
tetap walaupun arahnya lengkungnya berlawanan.
Ciri-ciri
turbin ini adalah :
-
Penurunan
tekanan uap sebagian terjadi di Nosel dan Sudu
Gerak
-
Adanya
perbedaan tekanan didalam turbin sehingga disebut Tekanan Bertingkat.
-
2.3.2
Klasifikasi turbin uap berdasarkan pada
tingkat penurunan Tekanan Dalam Turbin
Ø Turbin Tunggal ( Single Stage )
Dengan kecepatan satu tingkat atau lebih
turbin ini cocok untuk untuk daya kecil, misalnya penggerak kompresor, blower,
dll.
Ø Turbin Bertingkat (Aksi dan Reaksi ).
Disini
sudu-sudu turbin dibuat bertingkat, biasanya cocok untuk daya besar. Pada
turbin bertingkat terdapat deretan sudu 2 atau lebih. Sehingga turbin tersebut
terjadi distribusi kecepatan / tekanan.
2.3.3 Klasifikasi turbin
berdasarkan Proses Penurunan Tekanan Uap
Ø Turbin Kondensasi.
Tekanan keluar turbin kurang dari 1
atm dan dimasukkan kedalam kompresor.
Ø Turbin Tekanan Lawan.
Apabila tekanan sisi keluar turbin masih
besar dari 1 atm sehingga masih dapat dimanfaatkan untuk
menggerakkan turbin lain.
Ø Turbin Ekstraksi.
Didalam turbin ini sebagian uap dalam turbin
diekstraksi untuk roses pemanasan lain,
misalnya proses industri.
2.4 Prinsip Kerja Turbin
Uap Jenis Bertingkat 905 TG – 1 / 2 / 3 / 4
Turbin pembangkit listrik tenaga uap UP II Dumai adalah turbin yang
mempunyai Condensing Axial Flow Type dan memiliki turbin jenis bertingkat.
Turbin uap yang diinjeksikan steam LP
kedalam turbin dan keluaran dalam bentuk condence (uap jenuh) dan disebut dengan turbin uap kondensasi. Besarnya
tekanan keluaran 0,04 bar sampai dengan 0,1 bar.
Turbin uap dibuat dengan daya yang telah ditentukan. Daya yang
dihasilkan turbin diperoleh dari selisih entalphi (panas jatuh) dan kapasitas uap ( massa aliran uap persatuan
waktu ) yang masuk kedalam turbin. Dan pada saat transformasi energi didalam
turbin terjadi kerugian, sehingga daya yang dihasilkan turbin dapat dihitung
dengan persamaan berikut:
P = h . ms . hi . hm dalam KW
Dimana :
h
: selisih entalpi dari ekspansi
esentropik antara uap baru masuk kedalam turbin
dengan uap bekas yang keluar dari turbin , dalam KJ/Kg.
Ms : kapasitas
uap (massa uap
yang masuk kedalam turbin persatuan waktu).
hi : Rendemen dalam turbin.
hm : Rendamen mekanis dari turbin.
Dan randemen dari kopling dari turbin
hI . hm = hc
Besarnya harga randemen dari turbin tergantung dari kepada sistem
sudu-sudu turbin. Pada turbin bertingkat deretan sudu ada dua atau lebih
sehingga dalam turbin tersebut terjadi distribusi kecepatan / tekanan,
tegantung dari jenis turbin ( aksi dan reaksi ) serta hasil-hasil fabrikasi. Berikut
gambar grafik kecepatan bertingkat dan tekanan bertingkat pada turbin
bertingkat aksi dan reaksi. Turbin reaksi mengalami ekspansi pada sudu pengarah
maupun pada sudu gerak sehingga menggerakan dan mendorong sudu dalam arah
aksial. Untuk mengurangi dorongan aksial ini, adalah biasanya dengan memasang sudu-sudu gerak pada pada drum yang
juga berfungsi sebagai rotor.
2.4.1 Proses Induction Steam
Turbin.
Proses pemasukan uap di turbin uap
905 – GT 1/2/3/4 secara sederhana :
Uap masuk kedalam emergency stop valve, dimana fungsinya menutup
total suplay uap dari boiler ke turbin dalam waktu yang singkat. Setelah dari
stop valve, uap melewati HP control
valve. Control valve ( katup pengatur ) ini digerakkan oleh sebuah balok yang
diatur naik atau turun oleh sebuah silinder melalui serangkai tuas. Silinder
ini menerima sinyal dari Governor.
Katup pengatur uap
tekanan tinggi ( HP Control Valve )
mengatur jumlah uap yang masuk ke nosel
( pipa semprot ), yang selanjutnya menggerakkan turbin impuls satu
tingkat. Energi uap yang masih tersisa kemudian menggerakkan turbin reaksi yang
terdiri atas 14 tingkat. Desain turbin
ini memungkinkan penggunaan uap tekanan rendah (LP steam) yang
diijeksikan/induction untuk membantu menggerakkan turbin reaksi tingkat ke 13 dan
tingkat ke 14.
Pola operasi dengan
uap tekanan rendah yang bertekanan konstan diatur oleh LP control valve ( katup
pengatur uap tekanan rendah ). Governor mengatur aliran uap tekanan rendah dan
daya keluaran turbin yang tidak saling bergantung satu sama lainnya. Uap yang
telah diekspansikan keluar melalui pipa buangan berdiameter 70 inchi. Pipa
buangan dari tiap turbin 905 - TG 1/2/3/4 bergabung pada satu pipa berdiameter
110 inchi yang selanjutnya mengalirkan uap dan kondensat ke surface condensor
(pendingin dengan media udara). Sebelum air tersebut dikembalikan ke
Boiler (ketel), air kondensat
digabungkan dengan air yang ada pada bak penampung dan dipompakan ke Turbin 1
Tingkat yang berjumlah dua buah untuk menjaga kekurangan kuantitas air ke
Boiler. Air dikembalikan kembali ke boiler untuk diubah menjadi uap kembali,
jadi sistem yang digunakan adalah sistem tertutup.
Rumah turbin
terbagi dua dalam arah horizontal yang dipasangkan pada dudukan Bantalan
(Bearing Pendestal ).
Pipa keluaran uap
dan kondensat dihubungkan dengan turbin memakai sambungan Flens dan arah aliran
kebawah. Poros turbin terbuat
dari baja tempa yang kemudian dikerjakan
dengan proses permesinan. Sudu turbin terdiri dari sudu impuls dan sudu reaksi.
Bantalan Luncur ( Jounal Bearing ) penyangga poros terdiri dari dua bahagian.
Dudukan bagian depan juga merupakan Rumah Bantalan Aksial (Trust Bearing) yang meredam
gaya aksial. Kelonggaran yang tepat antara sudu tetap dengan sudu gerak akan
menghasilkan pemanfaatan energi yang optimum.
Balancing
Piston dipasang pada turbin untuk mengimbangi gaya aksial yang ditimbulkan oleh
sudu reaksi. Besarnya gaya aksial bergantung kepada beban yang terjadi yang
kelebihannya ditahan oleh bantalan aksial. Pada saat bersamaan Balancing piston menyekat uap
tekanan tinggi didaerah sudu impuls. Diafragma memisahkan uap bertekanan tinggi
dengan uap bertekanan rendah. Turbin dikontrol oleh governor hidrolik.
Pompa
pelumas utama dan Impeler dari governor diputar oleh turbin melalui roda gigi.
Governor adalah sebagai pengatur yang berfungsi untuk mengurangi aliran uap ke
turbin bila kecepatan putar melebihi yang diinginkan (Over Speed).
BAB III
PENUTUP
Kesimpulan
Turbin Uap adalah salah satu komponen
dasar dalam pembangkit listrik tenaga uap, dimana komponen utama dari sistem
tersebut yakni : Ketel, Kondensor, Pompa Air Ketel, dan Turbin itu sendiri. Uap
yang berfungsi sebagai fluida kerja dihasilkan oleh ketel uap, yaitu suatu alat
yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap
Adapun
prinsip kerja turbin uap adalah Uap masuk kedalam
turbin melalui nosel. Didalam nosel energi panas dari uap dirubah menjadi
energi kinetis dan uap mengalami
pengembangan. Tekanan uap pada saat keluar dari nosel lebih kecil dari pada
saat masuk ke dalam nosel, akan tetapi
sebaliknya kecepatan uap keluar nosel lebih besar dari pada saat masuk ke dalam
nosel. Uap yang memancar keluar dari nosel diarahkan ke sudu-sudu turbin yang
berbentuk lengkungan dan dipasang disekeliling roda turbin. Uap yang mengalir
melalui celah-celah antara sudu turbin itu dibelokkan kearah mengikuti
lengkungan dari sudu turbin. Perubahan kecepatan uap ini menimbulkan gaya yang
mendorong dan kemudian memutar roda dan poros turbin.
Turbin uap terdiri dari beberapa jenis antara lain :
1. Turbin uap Berdasarkan
prinsip kerjanya
a. Turbin impuls, yaitu turbin sederhana berrotor
satu atau banyak (gabungan) yang mempunyai sudu-sudu pada rotor itu.
b. Turbin reaksi. Turbin ini memiliki 3 tahap
yaitu masing-masingnya terdiri dari baris sudu tetap dan dua baris sudu gerak.
2. Turbin
uap berdasarkan tingkat penurunan Tekanan Dalam Turbin
a. Turbin Tunggal (Single Stage)
Dengan
kecepatan satu tingkat atau lebih turbin ini cocok untuk daya kecil, misalnya penggerak kompresor,
blower, dll
b. Turbin Bertingkat (Aksi dan Reaksi).
Disini
sudu-sudu turbin dibuat bertingkat, biasanya cocok untuk daya besar. Pada turbin ini terdapat deretan
sudu 2 atau lebih sehingga turbin ini terjadi
distribusi kecepatan/tekanan.
3. Turbin uap berdasarkan Proses Penurunan Tekanan
Uap
a. Turbin Kondensasi
Tekanan
keluar turbin kurang dari 1atm dan dimasukkan kedalam kompresor
b. Turbin
Tekanan Lawan
Apabila
tekanan sisi keluar turbin masih besar dari 1atm sehingga dapat dimanfaatkan untuk menggerakan turbin lain.
c. Turbin Ekstraksi
Didalam
turbin ini sebagian uap dalam turbin diekstraksi untuk proses pemanasan lain, misalnya proses industri
DAFTAR PUSTAKA
1. Fanchi. John R., Energy –
Technology and Directions for the Future.
ElsevierAcademic Press, 2004.
2. Arismunandar, W. PENGGERAK MULA TURBIN. ITB Bandung. 1980
3. Http :google.com