Supriyo, Rizkyono D.
Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang e-mail ; [email protected]
Abstrak
Turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetik yang selanjutnya diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin dihubungkan ke mekanisme yang akan digerakkan secara langsung atau dengan bantuan roda gigi reduksi. Tergantung pada jenis mekanisme yang digerakkan, turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang industri sebagai pembangkit listrik ataupun untuk transportasi. Turbin uap terdiri dari sebuah cakram yang dikelilingi oleh sudu-sudu. Sudu-sudu ini berputar karena tiupan dari uap bertekanan. Daya yang dihasilkan turbin dipengaruhi oleh laju aliran massa uap dan enthalpi. Untuk memperberbesar daya yang dihasilkan turbin dapat dilakukan dengan memperbesar tekanan uap masuk turbin. parameter tekanan uap masuk turbin sekitar 8 bar, nilai enthalpinya sekitar 2775,10 kJ/kg, daya yang dihasilkan turbin sebesar 35,521 MW, nilai daya generator 33,745 MW, nilai efisiensi isentropik turbinnya sekitar 0,804, nilai fraksi uapnya sekitar 0,778 dan pada parameter tekanan uap masuk turbin sekitar 10 bar, nilai enthalpinya sekitar 2782,23 kJ/kg, daya yang dihasilkan turbin sebesar 37,369 MW, nilai daya generator 35,501 MW, nilai efisiensi isentrofik turbinnya sekitar 0,813, nilai fraksi uapnya sekitar 0,779. Hal ini menunjukkan peningkatan tekanan uap masuk turbin sebesar 2 bar, nilai kenaikan enthalpi sebesar 7,13 kJ/kg, kenaikan daya turbin sebesar 1,848 MW, peningkatan daya generator sebesar 1,756 MW, peningkatan nilai efisiensi isentropik turbin sebesar 0,009 sedangkan nilai fraksi uap mengalami penurunan sebesar 0,009.
Kata Kunci : Turbin uap, Tekanan uap
I. PENDAHULUAN
Fluida yang digunakan pada sistem turbin uap adalah uap panas, yaitu uap yang terbentuk akibat mendidihnya air. Uap yang terbentuk pada tekanan dan temperatur didih disebut uap jenuh saturasi (saturated steam). Apabila uap jenuh dipanaskan pada tekanan tetap, maka uap akan mendapat pemanasan lanjut sehingga temperatur naik. Uap yang demikian disebut uap panas lanjut atau superheated steam.
Menurut keadaannya uap dibagi menjadi tiga jenis, yaitu :
a. Uap jenuh : Uap jenuh merupakan uap yang tidak mengandung bagian-bagian air yang lepas dimana pada tekanan tertentu berlaku suhu tertentu.
b. Uap kering : Uap kering merupakan uap yang didapat dengan pemanas lanjut dari uap jenuh dimana pada tekanan terbentuk dan dapat diperoleh beberapa jenis uap kering dengan suhu yang berlainan.
c. Uap basah : Uap basah merupakan uap jenuh yang masih bercampur dengan
partikel-partikel air.
Turbin adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari aliran fluida. Karena energi yang digunakan untuk memutar poros turbin adalah energi potensial fluida maka turbin sendiri termasuk ke dalam golongan mesin-mesin fluida.
Mesin-mesin fluida adalah mesin yang berfungsi mengubah energi mekanis pada poros menjadi energi potensial fluida atau sebaliknya.
Secara umum mesin fluida dapat digolongkan menjadi dua golongan besar, yaitu:
a. Mesin kerja, adalah mesin fluida yang berfungsi mengubah energi mekanis pada poros menjadi energi potensial fluida, misalnya : pompa, kompresor, blower, dan lain-lain. b. Mesin tenaga, adalah mesin fluida yang berfungsi mengubah energi potensial fluida
menjadi energi mekanis pada poros, misalnya : kincir angin, turbin air, turbin gas, dan turbin uap.
Turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetik yang selanjutnya diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin dihubungkan ke mekanisme yang akan digerakkan secara langsung atau dengan bantuan roda gigi reduksi. Tergantung pada jenis mekanisme yang digerakkan, turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang industri sebagai pembangkit listrik ataupun untuk transportasi.
Analisis Termodinamika a. Fraksi Uap (x)
Fraksi uap adalah nilai kualitas uap, atau nilai kekeringan uap.
Untuk menghitung nilai fraksi uap fluida kerja (x) digunakan persamaan: x = =>?@=AB
=A>B
Nilai entropi (s) didapat dari tabel sifat-sifat uap sesuai data parameter. b. Efisiensi Isentropik (ɳ)
Efisiensi adalah perbandingan nilai output terhadap nilai input.
Untuk menghitung nilai efisiensi isentropik turbin digunakan persamaan: ɳ D?@DBED?@DB
Nilai entalpi (h) didapat dari tabel sifat-sifat uap sesuai data parameter. c. Daya Turbin (PTurbin)
Daya turbin adalah daya yang dapat dihasilkan oleh turbin. Untuk menghitung daya turbin digunakan persamaan:
PTurbin=ṁ(h1-h2)
Nilai entalpi (h) didapat dari tabel sifat-sifat uap sesuai data parameter. d. Daya Generator (Pgen)
Daya generator adalah daya yang dihasilkan oleh generator. Untuk menghitung daya generator digunakan persamaan:
Pgen=ɳgen.PTurbin II. METODE PENELITIAN
Turbin uap terdiri dari sebuah cakram yang dikelilingi oleh sudu-sudu. Sudu-sudu ini berputar karena tiupan dari uap bertekanan. Uap bertekanan yang masuk ke turbin adalah uap kering. Kemudian control valve digunakan untuk membagi uap masuk yang akan dipakai untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan sebuah generator sinkron untuk menghasilkan energi listrik. Setelah melewati turbin uap, uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi tadi keluar menjadi uap bertekanan rendah. Kemudian panas dari uap tersebut diserap oleh kondensor menyebabkan uap berubah menjadi air yang kemudian diinjeksikan kembali ke dalam bumi.
ISSN 2503-2771 163 III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel Hasil Perbandingan Kinerja Turbin Uap dengan Parameter Tekanan Uap Masuk Turbin
Datum
p data = 8bar p’ in = 10bar
x ɳ P Turbin P gen x ɳ P Turbin P gen
MW MW MW MW 1 0,785 0,814 33,08 31,43 0,777 0,823 34,74 33,00 2 0,785 0,816 30,62 29,09 0,776 0,825 32,15 30,55 3 0,790 0,799 30,79 29,25 0,781 0,809 32,43 30,81 4 0,786 0,813 37,29 35,42 0,777 0,822 39,16 37,21 5 0,788 0,805 35,13 33,38 0,779 0,814 36,96 35,11 6 0,787 0,807 34,93 33,18 0,778 0,816 36,71 34,88 7 0,787 0,807 34,47 32,74 0,779 0,816 36,24 34,43 8 0,787 0,807 35,01 33,26 0,779 0,816 36,82 34,98 9 0,787 0,808 34,69 32,95 0,778 0,817 36,46 34,64 10 0,788 0,804 35,30 33,54 0,779 0,813 37,12 35,26 11 0,788 0,803 35,50 33,73 0,780 0,812 37,36 35,49 12 0,788 0,803 36,00 34,20 0,779 0,813 37,85 35,96 13 0,788 0,804 35,89 34,09 0,779 0,813 37,75 35,86 14 0,787 0,807 35,38 33,61 0,779 0,816 37,20 35,34 15 0,787 0,809 35,50 33,73 0,778 0,818 37,32 35,46 16 0,787 0,806 35,62 33,84 0,779 0,816 37,45 35,58 17 0,787 0,808 35,62 33,83 0,778 0,817 37,44 35,57 18 0,787 0,809 35,95 34,15 0,778 0,818 37,79 35,90 19 0,787 0,810 34,91 33,16 0,778 0,820 36,70 34,86 20 0,787 0,808 35,00 33,25 0,778 0,818 36,80 34,96 21 0,787 0,811 34,89 33,15 0,778 0,820 36,67 34,84 22 0,788 0,804 37,67 35,79 0,779 0,813 39,61 37,63 23 0,787 0,808 34,33 32,61 0,779 0,817 36,10 34,29 24 0,790 0,796 37,72 35,84 0,781 0,806 39,73 37,75 25 0,790 0,796 37,34 35,48 0,781 0,806 39,33 37,36 26 0,791 0,789 38,05 36,15 0,783 0,800 40,12 38,12 27 0,793 0,786 37,40 35,53 0,784 0,796 39,49 37,52 28 0,791 0,792 37,85 35,96 0,782 0,803 39,88 37,89 29 0,789 0,797 35,73 33,95 0,780 0,807 37,60 35,72 30 0,790 0,798 36,38 34,56 0,781 0,808 38,32 36,41 31 0,791 0,792 37,11 35,25 0,782 0,802 39,11 37,16
Daya yang dihasilkan turbin dipengaruhi oleh laju aliran massa uap dan enthalpi. Untuk memperberbesar daya yang dihasilkan turbin dapat dilakukan dengan memperbesar tekanan uap masuk turbin.
Nilai enthalpi dipengaruhi oleh tekanan, sehingga memperbesar tekanan uap masuk turbin akan memperbesar nilai enthalpi. Pada perhitungan data pada tabel diatas, untuk parameter tekanan uap masuk turbin sekitar 8 bar, nilai enthalpinya sekitar 2775,10 kJ/kg, sedangkan pada tekanan uap masuk turbin sekitar 10 bar, nilai enthalpinya yaitu sekitar 2782,23 kJ/kg. Hal ini menunjukkan bahwa untuk kenaikan nilai tekanan sebesar 2 bar, nilai kenaikan enthalpi sebesar 7,13 kJ/kg.
Kenaikan nilai enthalpi juga mengakibatkan daya yang dihasilkan turbin meningkat. Pada perhitungan data pada tabel diatas, untuk parameter tekanan uap masuk turbin sekitar 8 bar, daya yang dihasilkan turbin sebesar 35,521 MW dan pada parameter tekanan uap masuk turbin sekitar 10 bar, daya yang dihasilkan turbin sebesar 37,369 MW. Hal ini menunjukkan peningkatan nilai daya sebesar 1,848 MW pada peningkatan tekanan uap masuk turbin sebesar 2 bar. Sedangkan peningkatan nilai daya generator identik dengan peningkatan daya turbin, dalam hal ini generator diasumsikan memiliki nilai efisiensi sebesar 0,95. Dari tabel diatas dapat diketahui bahwa nilai daya generator pada tekanan uap masuk turbin sekitar 8 bar adalah 33,745 MW dan nilai daya generator pada tekanan uap masuk turbin sekitar 10 bar adalah 35,501 MW. Sehingga dapat diketahui besarnya nilai peningkatan daya generator sebesar 1,756 MW pada peningkatan tekanan uap masuk turbin sebesar 2 bar.
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 28 30 32 34 36 38 40 42 44 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
P gen 10bar P Turbin 10bar
P gen 8bar P Turbin 8bar
x 10bar x 8bar
ɳ 10bar ɳ 8bar
Grafik Perbandingan Kinerja Turbin Uap
ɳ , x P(MW)
ISSN 2503-2771 165 Peningkatan nilai enthalpi dan daya turbin juga berpengaruh pada meningkatnya efisiensi isentropik turbin. Pada perhitungan data pada tabel diatas, untuk parameter tekanan uap masuk turbin sekitar 8 bar, nilai efisiensi isentropik turbinnya sekitar 0,804 dan pada tekanan uap masuk turbin 10 bar nilai efisiensi turbinnya sekitar 0,813. Hal ini menunjukkan peningkatan nilai efisiensi isentropik turbin sebesar 0,009 untuk kenaikan tekanan uap masuk turbin sebesar 2 bar.
Untuk nilai fraksi uap, apabila tekanan uap masuk turbin diperbesar maka nilai fraksi uap akan turun. Pada perhitungan data untuk parameter tekanan uap masuk turbin sekitar 8 bar, nilai fraksi uapnya sekitar 0,778 dan pada tekanan uap masuk turbin 10 bar nilai fraksi uapnya sekitar 0,779. Sehingga dapat diketahui bahwa nilai fraksi uap mengalami penurunan sebesar 0,009 untuk kenaikan tekanan sebesar 2 bar.
IV. KESIMPULAN
Dengan meningkatkan tekanan uap masuk turbin sebesar 2 bar dan parameter lain dijaga tetap, menyebabkan:
1) Terjadi peningkatan nilai enthalpi sebesar 7,13 kJ/kg
2) Terjadi peningkatan nilai daya turbin sebesar 1,848 MW, dan peningkatan daya generator
sebesar 1,756 MW.
3) Terjadi peningkatan nilai efisiensi sebesar 0,009.
4) Terjadi penurunan nilai fraksi uap fluida kerja sebesar 0,009. Hal ini berarti kualitas uap atau tingkat kekeringan uap masuk turbin akan berkurang.
5) Meningkatkan tekanan uap masuk turbin akan menyebabkan peningkatan nilai enthalpi, efisiensi isentropik turbin, daya turbin dan daya generator namun akan menyebabkan penurunan nilai fraksi uap fluida kerja.
V. DAFTAR PUSTAKA
[1] Sulistiati, Ainie Khuriati Riza. 2010. Termodinamika. Yogyakarta: Graha Ilmu.
[2] Mustafa, Bustani. 2004. Dasar Termodinamika Teknik. Jakarta: Penerbit Universitas
Trisakti.
[3] Potter, Merle C. dan Craig W. Somerton. Tanpa tahun. Termodinamika Teknik. Jakarta: