turbin-uap

Turbin Uap

Turbin Uap

Siklus Renkine setelah diciptakan langsung diterima sebagai standar untuk  Siklus Renkine setelah diciptakan langsung diterima sebagai standar untuk   pembangkit daya yang menggunakan uap (steam ). Siklus Renkine nyata yang  pembangkit daya yang menggunakan uap (steam ). Siklus Renkine nyata yang digunakan dalam instalasi pembangkit daya jauh lebih rumit dari pada siklus digunakan dalam instalasi pembangkit daya jauh lebih rumit dari pada siklus renkine ideal asli yang sederhana. siklus ini merupakan siklus yang paling banyak  renkine ideal asli yang sederhana. siklus ini merupakan siklus yang paling banyak  digunakan untuk pembangkit daya listrik sekarang ini. Oleh karena siklus Rankine digunakan untuk pembangkit daya listrik sekarang ini. Oleh karena siklus Rankine mer

merupaupakan kan siksikus us uap uap cair cair makmaka a palpaling ing baibaik k siksiklus lus itu itu digdigambambarkarkan an dendengangan diagram P-v dan T-s dengan garis yang menunjukkan uap jenuh dan cair jenuh. diagram P-v dan T-s dengan garis yang menunjukkan uap jenuh dan cair jenuh. Fluida kerjanya adalah air (H

Fluida kerjanya adalah air (H22O).O).

Turbin Uap adalah salah satu komponen dasar dalam pembangkit listrik  Turbin Uap adalah salah satu komponen dasar dalam pembangkit listrik  te

tenanaga ga uauap. p. DiDimamana na kokompmpononen en ututamama a dadari ri sisiststem em tetersrsebebut ut yayaititu u : : KeKetetel,l, kondensor, pompa air ketel, dan turbin itu sendiri. Uap yang berfungsi sebagai kondensor, pompa air ketel, dan turbin itu sendiri. Uap yang berfungsi sebagai flu

fluida ida kerkerja ja dihdihasiasilkalkan n oleoleh h katkatel el uapuap, , yaiyaitu tu suasuatu tu alaalat t yanyang g berberfunfungsi gsi untuntuk uk  mengubah air menjadi uap.

mengubah air menjadi uap.

2 2 33 Wp Wp WWTT 1 1 44

Gambar.1. Siklus rankine Gambar.1. Siklus rankine Siklu

Siklus s ideal yang terjadi didalam turbin adalah ideal yang terjadi didalam turbin adalah siklusiklus Renkine ; s Renkine ; Air padaAir pada siklu

siklus 1 s 1 dipomdipompakanpakan, ko, kondisindisinya nya adalah adalah isentrisentropik opik ss11 = = ss22 masuk ke boiler masuk ke boiler 

deng

dengan an tekantekanan an yang sama yang sama dengadengan n tekantekanan an di di kondkondenseenser r tetapi Boiler menyeraptetapi Boiler menyerap BOILER  BOILER  konderser  konderser  Q in Q in Q out Q out

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 = φ 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.

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.

 Turbin satu tahap.

 Turbin impuls gabungan.

 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

 Turbin Tunggal ( Single Stage )

Dengan kecepatan satu tingkat atau lebih turbin ini cocok untuk untuk  daya kecil, misalnya penggerak kompresor, blower, dll.

 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

 Turbin Kondensasi.

Tekanan keluar turbin kurang dari 1 atm dan dimasukkan kedalam kompresor.

 Turbin Tekanan Lawan.

Apabila tekanan sisi keluar turbin masih besar dari 1 atm sehingga masih dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin l ain.

 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 . η i. η m dalam KW

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).

η i : Rendemen dalam turbin.

η m: Rendamen mekanis dari turbin.

Dan randemen dari kopling dari turbin

η I . η m = η c

Besarnya harga randemen dari turbin tergantung dari kepada sistem sudu-sudu turbin. Pada turbin bertingkat deretan sudu-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).

2.4.2 Bagian – bagian Turbin Uap 905 – TG – 1 / 2 / 3 / 4

Dari data yang didapatkan dari Blue Book dan menurut lampiran dari gambar  Turbin Part SR 434450 maka bagian – bagian Turbin dapat diuraikan sebagai  berikut :

1. CASSING

Adalah sebagai penutup bagian-bagian utama turbin. 2. ROTOR  

Adalah bagian turbin yang berputar yang terdiri dari poros, sudu turbin atau deretan sudu yaitu Stasionary Blade dan Moving Blade. Untuk turbin   bertekanan tinggi atau ukuran besar, khususnya unuk turbin jenis reaksi

maka motor ini perlu di Balanceuntuk mengimbagi gaya reaksi yang timbul secara aksial terhadap poros.

3. BEARING PENDESTAL

Adalah merupakan kekdudukan dari poros rotor. 4. JOURNAL BEARING

Adalah Turbine Part yang berfungsi untuk menahan Gaya Radial atau Gaya Tegak Lurus Rotor.

5. THRUST BEARING

adalah Turbine Part yang berfungsi untuk menahan atau untuk menerima gaya aksial atau gaya sejajar terhadap poros yang merupakan gerakan maju mundurnya poros rotor.

6. MAIN OLI PUMP

Berfungsi untuk memompakan oli dari tangki untukdisalurkan pada bagian –   bagian yang berputar pada turbin . Dimana fungsi dari Lube Oil adalah :

 Sebagai Pendingin ( Oil Cooler ) yang telah panas dan masuk ke  bagian turbin dan akan menekan / terdorong keluar secara sirkuler 

 Sebagai Pelapis ( Oil Film ) pada bagian turbin yang bergerak secara rotasi.

 Sebagai Pembersih ( Oil Cleaner ) dimana oli yang telah kotor  sebagai akibat dari benda-benda yang berputar dari turbin akan terdorong ke luar secara sirkuler oleh oli yang masuk .

7. GLAND PACKING

Sebagai Penyekat untuk menahan kebocoran baik kebocoran Uap maupun kebocoran oli.

8. LABIRINTH RING

Mempunyai fungsi yang sam dengan gland packing. 9. IMPULS STAGE

Adalah sudu turbin tingkat pertama yang mempunyai sudu sebanyak 116  buah

10. STASIONARY BLADE

Adalah sudu-sudu yang berfingsi untuk menerima dan mengarahkan steam yang masuk.

11. MOVING BLADE

Adalah sejumlah sudu-sudu yang berfungsi menerima dan merubah Energi Steam menjadi Energi Kinetik yang akan memutar generator.

12. CONTROL VALVE

Adalah merupakan katup yang berfungsi untuk mengatur steam yang masuk  kedalam turbin sesuai dengan jumlah Steam yang diperlukan.

13. STOP VALVE

Adalah merupakan katup yang berfungsi untuk menyalurkan atau menghentikan aliran steam yang menuju turbin.

14. REDUCING GEAR 

Adalah suatu bagian dari turbin yang biasanya dipasang pada turbin-turbin dengan kapasitas besar dan berfungsi untuk menurunkan putaran poros rotor 

Bagian-bagian dari Reducing Gear adalah :

 Gear Cassing adalah merupakan penutup gear box dari bagian- bagian dalam reducing gear.

 Pinion ( high speed gear ) adalah roda gigi dengan type Helical yang  putarannya merupakan putaran dari shaft rotor turbin uap.

 Gear Wheal ( low speed gear ) merupakan roda gigi type Helical yang putarannya akan mengurangi jumlah putaran dari Shaft rotor  turbin yaitu dari 5500 rpm menjadi 1500 rpm.

 Pinion Bearing yaitu bantalan yang berfungsi untuk menahan / menerima gaya tegak lurus dari pinion gear.

 Pinion Holding Ring yaitu ring berfungsi menahan Pinion Bearing terhadap gaya radial shaft pinion gear.

 Wheel Bearing yaitu bantalan yang berfungsi menerima atau menahan gaya radial dari shaft gear wheel.

 Wheel Holding Ring adalah ring penahan dari wheel Bearing terhadap gaya radial atau tegak lurus shaft gear wheel.

 Wheel Trust Bearing merupakn bantalan yang berfungsi menahan atau menerima gaya sejajar dari poros gear wheel ( gaya aksial ) yang merupakan gerak maju mundurnya poros.