Turbin Uap & Gas

1.

1. TURBIN UAP TURBIN UAP DAN DAN SUDUSUDU 1.1. Konversi Energi

1.1. Konversi Energi

1.1.1. Si!"s Ter#o$in%#i% 1.1.1. Si!"s Ter#o$in%#i%

Berdasarkan aliran fluida kerjanya, siklus turbin uap yang merupakan bagian dari siklus Berdasarkan aliran fluida kerjanya, siklus turbin uap yang merupakan bagian dari siklus PL

PLTU TU sedsederhaerhana na adaladalah ah siksiklus lus RankRankineine. . SikSiklus lus RanRankinkine e dapadapat t digdigambambarkarkan an dengdenganan diagram T

diagram T – s seperti gambar – s seperti gambar dibawah. dibawah. dapun urutan kerja dapun urutan kerja adalah sebagai berikutadalah sebagai berikut a

a – – b b ir ir dip!mpa dip!mpa sehingga tekanan sehingga tekanan dan dan temperaturnya naik temperaturnya naik . . Pr!ses Pr!ses ini ini terjaditerjadi pada sistem air pengisi.

pada sistem air pengisi. b –

b – " " ir ir dipanaskan sehingga temperaturnya dipanaskan sehingga temperaturnya naik mendekati naik mendekati titik didititik didihnya. Pr!seshnya. Pr!ses ini

ini terjadi terjadi ek!n!miser.ek!n!miser. " –

" – d d iir dir dipanaskan panaskan hingga hingga mendimendidih sdih sehingga ehingga berubah berubah menjamenjadi uap di uap jenuh. jenuh. Pr!sesPr!ses ini terjadi di b!iler #pipa pemanas dan drum$.

ini terjadi di b!iler #pipa pemanas dan drum$. d

d – – e e Uap jUap jenuh dienuh dipanaskan sehingga panaskan sehingga temperaturnya naik temperaturnya naik dan dan menjadi menjadi uapuap superheat. Pr!ses ini terjadi di b!iler #superheater$.

superheat. Pr!ses ini terjadi di b!iler #superheater$. e

e –f –f Uap Uap superheat superheat dari dari b!iler b!iler ber ber ekspansi ekspansi sehingga sehingga tekanan tekanan dan dan temperaturtemperatur nya turun.

nya turun. Pr!ses ini Pr!ses ini terjadi di terjadi di turbin.turbin. f

f – – a a Uap kelUap keluar uar turbin turbin didinginkan didinginkan sehingga sehingga berubah lberubah lagi agi menjadi menjadi air. air. Pr!ses Pr!ses iniini terjadi didalam k!ndens!r.

terjadi didalam k!ndens!r.

Gambar 1.

%erja yang dihasilk

%erja yang dihasilkan an !leh suatu pr!ses !leh suatu pr!ses siklsiklus adalah us adalah sama dengan jumlah perpindahansama dengan jumlah perpindahan panas #kal!

panas #kal!r$ pada fluida kerjr$ pada fluida kerja selama pr!ses sia selama pr!ses siklus tersebklus tersebut berlangsut berlangsung. ung. &adi untuk&adi untuk pr!ses si

pr!ses siklus klus a – a – b b – " – " – d – d – e – e – – f – f – a a adalahadalah ' (

' (∫ ∫ T T dsds Luas

Luas a – a – b – b – " – " – d – d – e – e – f – f – a a pada diagram pada diagram T T – s – s ( ke( kerja persatuan rja persatuan berat fluida berat fluida kerja.kerja. )akin besar luas diagram tersebut makin besar pula kerja yang dihasilkan.

)akin besar luas diagram tersebut makin besar pula kerja yang dihasilkan.

Sedangkan energi yang dimasukkan ke dalam sistem #pr!ses pemanasan fluida kerja$ Sedangkan energi yang dimasukkan ke dalam sistem #pr!ses pemanasan fluida kerja$

adalah

adalah *

*

+w (

+w

( luas

luas m

m –

– a

a –

– b

b –

– "

" –

– d

d –

– e

e –

– f

f 

 n

n

%erja

%erja yang yang dihasilkan dihasilkan !leh !leh sistem sistem PLTPLTU U adalah adalah w w ( ( wwTT  w wpp

-imana, -imana,

'

'TT ( kerja y( kerja yang dihasilkan !leh turbin persatuan berat flang dihasilkan !leh turbin persatuan berat fluida kerjauida kerja

'

'PP ( kerja yang diperlukan untuk menggerakkan p!mpa persatuan berat( kerja yang diperlukan untuk menggerakkan p!mpa persatuan berat

fluida kerja. fluida kerja. %erja

%erja turbin turbin ''TT adalah selish entalpi uap adalah selish entalpi uap masuk turbin dan keluar masuk turbin dan keluar turbin atau ehaustturbin atau ehaust

steam . steam .

'

'TT ( ( hhee – h – hff

Sedangkan kerja p!mpa adalah selis

Sedangkan kerja p!mpa adalah selisih entalpi fluida ih entalpi fluida keluar p!mpa dengan entalpi masukkeluar p!mpa dengan entalpi masuk p!mpa. tau

p!mpa. tau

'

'PP ( h( hbb  h haa

1.1.&.

1.1.&. Prinsi' Ker% Prinsi' Ker% T"T"rin U%'rin U%'

Suatu turbin dapat terdiri dari satu dua atau banyak silinder yang merupakan mesin r!tasi Suatu turbin dapat terdiri dari satu dua atau banyak silinder yang merupakan mesin r!tasi berfungsi untuk merubah energi panas menjadi energi mekanik. Tiap silinder memiliki berfungsi untuk merubah energi panas menjadi energi mekanik. Tiap silinder memiliki sebu

sebuah ah r!tr!t!r !r yayang ng disdisanggangga a !le!leh h bantbantalaalanbanbantalntalan. an. R!t!R!t!rrrr!t!r !t!r tertersebusebut t disdisambambungung menjadi satu termasuk r!t!r generat!r. Ruang diantara r!t!r dengan rumah turbin #"asing$ menjadi satu termasuk r!t!r generat!r. Ruang diantara r!t!r dengan rumah turbin #"asing$ terdiri dari rangkaian sudusudu tetap dan sudusudu gerak yang dijajarkan berselang terdiri dari rangkaian sudusudu tetap dan sudusudu gerak yang dijajarkan berselang seling.

seling.

Sudusudu tetap dipasang disekeliling bagian dalam rumah turbin, sedang rangkaian sudu Sudusudu tetap dipasang disekeliling bagian dalam rumah turbin, sedang rangkaian sudu gerak dipasang pada r!t!r. Bila kedalam turbin dialirkan uap, maka energi panas yang gerak dipasang pada r!t!r. Bila kedalam turbin dialirkan uap, maka energi panas yang dikandung uap akan diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran p!r!s.

dikandung uap akan diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran p!r!s. )u

)ulalammulula a enenerergi gi papanas nas daldalam am uauap p didiububah ah teterlrlebiebih h dahdahululu u memenjnjadadi i enenergergi i kikinenetitikk #ke"epatan$ dengan "ara melewatkan uap melalui n!seln!sel. Uap berke"epatan tinggi #ke"epatan$ dengan "ara melewatkan uap melalui n!seln!sel. Uap berke"epatan tinggi kemudian diarahkan ke sudusudu sehingga menghasilkan putaran p!r!s turbin dimana kemudian diarahkan ke sudusudu sehingga menghasilkan putaran p!r!s turbin dimana energi mekanik ini selanjutnya dapat digunakan untuk menggerakkan generat!r, p!mpa energi mekanik ini selanjutnya dapat digunakan untuk menggerakkan generat!r, p!mpa dan sebagainya.

dan sebagainya.

Perubahan energi panas menjadi energi kinetik terjadi didalam n!sel #sudu diam$ turbin, Perubahan energi panas menjadi energi kinetik terjadi didalam n!sel #sudu diam$ turbin, sedangk

sedangkan an perubahaperubahan n energi kinetik menjadi energi mekanik dalam bentuk energi kinetik menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran r!t!r putaran r!t!r  turbin terjadi pada sudu jalan turbin.

%erja yang dihasilk

%erja yang dihasilkan an !leh suatu pr!ses !leh suatu pr!ses siklsiklus adalah us adalah sama dengan jumlah perpindahansama dengan jumlah perpindahan panas #kal!

panas #kal!r$ pada fluida kerjr$ pada fluida kerja selama pr!ses sia selama pr!ses siklus tersebklus tersebut berlangsut berlangsung. ung. &adi untuk&adi untuk pr!ses si

pr!ses siklus klus a – a – b b – " – " – d – d – e – e – – f – f – a a adalahadalah ' (

' (∫ ∫ T T dsds Luas

Luas a – a – b – b – " – " – d – d – e – e – f – f – a a pada diagram pada diagram T T – s – s ( ke( kerja persatuan rja persatuan berat fluida berat fluida kerja.kerja. )akin besar luas diagram tersebut makin besar pula kerja yang dihasilkan.

)akin besar luas diagram tersebut makin besar pula kerja yang dihasilkan.

Sedangkan energi yang dimasukkan ke dalam sistem #pr!ses pemanasan fluida kerja$ Sedangkan energi yang dimasukkan ke dalam sistem #pr!ses pemanasan fluida kerja$

adalah

adalah *

*

+w (

+w

( luas

luas m

m –

– a

a –

– b

b –

– "

" –

– d

d –

– e

e –

– f

f 

 n

n

%erja

%erja yang yang dihasilkan dihasilkan !leh !leh sistem sistem PLTPLTU U adalah adalah w w ( ( wwTT  w wpp

-imana, -imana,

'

'TT ( kerja y( kerja yang dihasilkan !leh turbin persatuan berat flang dihasilkan !leh turbin persatuan berat fluida kerjauida kerja

'

'PP ( kerja yang diperlukan untuk menggerakkan p!mpa persatuan berat( kerja yang diperlukan untuk menggerakkan p!mpa persatuan berat

fluida kerja. fluida kerja. %erja

%erja turbin turbin ''TT adalah selish entalpi uap adalah selish entalpi uap masuk turbin dan keluar masuk turbin dan keluar turbin atau ehaustturbin atau ehaust

steam . steam .

'

'TT ( ( hhee – h – hff

Sedangkan kerja p!mpa adalah selis

Sedangkan kerja p!mpa adalah selisih entalpi fluida ih entalpi fluida keluar p!mpa dengan entalpi masukkeluar p!mpa dengan entalpi masuk p!mpa. tau

p!mpa. tau

'

'PP ( h( hbb  h haa

1.1.&.

1.1.&. Prinsi' Ker% Prinsi' Ker% T"T"rin U%'rin U%'

Suatu turbin dapat terdiri dari satu dua atau banyak silinder yang merupakan mesin r!tasi Suatu turbin dapat terdiri dari satu dua atau banyak silinder yang merupakan mesin r!tasi berfungsi untuk merubah energi panas menjadi energi mekanik. Tiap silinder memiliki berfungsi untuk merubah energi panas menjadi energi mekanik. Tiap silinder memiliki sebu

sebuah ah r!tr!t!r !r yayang ng disdisanggangga a !le!leh h bantbantalaalanbanbantalntalan. an. R!t!R!t!rrrr!t!r !t!r tertersebusebut t disdisambambungung menjadi satu termasuk r!t!r generat!r. Ruang diantara r!t!r dengan rumah turbin #"asing$ menjadi satu termasuk r!t!r generat!r. Ruang diantara r!t!r dengan rumah turbin #"asing$ terdiri dari rangkaian sudusudu tetap dan sudusudu gerak yang dijajarkan berselang terdiri dari rangkaian sudusudu tetap dan sudusudu gerak yang dijajarkan berselang seling.

seling.

Sudusudu tetap dipasang disekeliling bagian dalam rumah turbin, sedang rangkaian sudu Sudusudu tetap dipasang disekeliling bagian dalam rumah turbin, sedang rangkaian sudu gerak dipasang pada r!t!r. Bila kedalam turbin dialirkan uap, maka energi panas yang gerak dipasang pada r!t!r. Bila kedalam turbin dialirkan uap, maka energi panas yang dikandung uap akan diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran p!r!s.

dikandung uap akan diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran p!r!s. )u

)ulalammulula a enenerergi gi papanas nas daldalam am uauap p didiububah ah teterlrlebiebih h dahdahululu u memenjnjadadi i enenergergi i kikinenetitikk #ke"epatan$ dengan "ara melewatkan uap melalui n!seln!sel. Uap berke"epatan tinggi #ke"epatan$ dengan "ara melewatkan uap melalui n!seln!sel. Uap berke"epatan tinggi kemudian diarahkan ke sudusudu sehingga menghasilkan putaran p!r!s turbin dimana kemudian diarahkan ke sudusudu sehingga menghasilkan putaran p!r!s turbin dimana energi mekanik ini selanjutnya dapat digunakan untuk menggerakkan generat!r, p!mpa energi mekanik ini selanjutnya dapat digunakan untuk menggerakkan generat!r, p!mpa dan sebagainya.

dan sebagainya.

Perubahan energi panas menjadi energi kinetik terjadi didalam n!sel #sudu diam$ turbin, Perubahan energi panas menjadi energi kinetik terjadi didalam n!sel #sudu diam$ turbin, sedangk

 N!""le

 N!""le

Bla#es

Bla#es

Gambar 2.

Gambar 2. Konversi energi Konversi energi didalam turbindidalam turbin

Gambar $. Prinsi% ker&a 'urbin ua% 1 'ingka'. Gambar $. Prinsi% ker&a 'urbin ua% 1 'ingka'.

Thermal Energy

Thermal Energy

Kinetic Energy

Kinetic Energy

Mechanical Energy

Mechanical Energy

&adi didalam turbin, uap mengalami pr!ses ekspansi yaitu penurunan tekanan dan mengalir se"ara k!ntinyu. kibat pengurangan tekanan uap didalam rangkaian sudusudu, maka ke"epatan uap meningkat sangat tinggi. %e"epatan aliran uap tersebut akan bergantung pada selisih banyaknya panas uap sebelum dan sesudah ekspansi. Selisih banyaknya panas uap sebelum dan sesudah ekspansi didalam turbin dinamakan penurunan panas / heat dr!p.

1.&. *enis S"$" T"rin

Berdasarkan a0as tekanan uap yang digunakan untuk menggerakkan r!da/r!t!r turbin sebelum masuk dan setelah keluar dari sudusudu yang terpasang pada r!da tersebut, maka dikenal sudu impuls dan sudu reaksi. Turbin uap untuk pembangkit listrik saat ini umumnya terdiri dari k!mbinasi kedua ma"am sudu tersebut.

Gambar 4. Prinsip Sudu Reaksi dan sudu impuls

1.&.1. S"$" I#'"!s

Sudu impuls juga disebut sudu aksi atau sudu tekanan tetap, adalah sudu dimana uap mengalami ekspansi hanya dalam sudusudu tetap. Sudusudu tetap berfungsi sebagai n!sel #saluran pan"ar$ sehingga uap yang melewati akan mengalami peningkatan

Uap dengan ke"epatan tinggi selanjutnya akan membentur #impuls$ sudusudu gerak. Benturan antara uap dengan sudu gerak ini menimbulkan gaya yang mengakibatkan p!r!s turbin berputar.

Setelah memutar sudu gerak, selanjutnya uap diarahkan masuk ke dalam sudu

tetap baris berikutnya. Selama melintasi sudu gerak tekanan dan entalpi uap tidak

berubah. -engan demikian pada sudu impuls penurunan tekanan dan energi panas

uap hanya terjadi pada sudusudu tetap atau n!sel.

1.&.&. S"$" Re%si

-alam suatu turbin yang terdiri dari 122 3 sudusudu reaksi, maka sudusudu gerak juga berfungsi sebagai n!seln!sel sehingga uap yang melewatinya akan mengalami peningkatan ke"epatan dan penurunan tekanan. Peningkatan ke"epatan ini akan menimbulkan gaya reaksi yang arahnya berlawanan dengan arah ke"epatan uap.

4ambar 5. pr!fil dan karakteristik sudu Reaksi dan impuls

4aya reaksi pada sudu gerak inilah yang akan memutar p!r!s turbin. Uap

selanjutnya dialirkan ke sudu tetap yang berfungsi untuk mengarahkan uap ke sudu

gerak baris berikutnya.

Sudut dan pr!fil sudusudu dibuat sedemikian rupa sehingga apabila turbin berputar pada ke"epatan ran"angannya uap akan mengalir dengan mulus melewati sudusudu tersebut sehingga dapat menurunkan er!si sampai pada tingkat minimum.

Pada sebuah r!da/p!r!s turbin sudusudu yang terpasang pada r!da tersebut bisa terdiri dari satu baris sudu atau beberapa baris sudu. Setiap baris sudu terdiri dari sudu yang disusun melingkari r!da turbin masingmasing dengan bentuk dan ukuran yang sama. Turbin dengan hanya satu baris sudu yang terpasang pada r!t!rnya dinamai turbin bertingkat tunggal. Sedangkan turbin dengan beberapa baris sudusudu yang terpasang pada r!t!rnya dinamai turbin bertingkat banyak #multi stages$.

-itinjau dari tekanan uap meninggalkan turbin, maka dapat dibedakan menjadi turbin k!ndensasi #"!ndensing turbine$ dan turbin tekanan lawan #ba"k pressure turbine$ . Turbin k!ndensasi adalah turbin yang saluran keluarnya dihubungkan dengan k!ndens!r, sehingga tekanan uap pada saluran keluar lebih ke"il dari 1 atm!sfir, sedangkan turbin tekanan lawan adalah turbin yang tekanan uap keluarnya diatas tekanan atm!sfir. Turbin tekanan lawan jarang sekali digunakan.

1.&.+. S"$" I#'"!s Re%si

-idalam turbin reaksi pr!ses ekspansi #penurunan tekanan$ terjadi baik didalam sudu tetap maupun sudu gerak. Pada turbin reaksi baris sudu tetap maupun sudu gerak berfungsi sebagai n!sel sehingga ke"epatan relatif uap keluar setiap sudu lebih besar dari ke"epatan relatif uap masuk sudu yang bersangkutan. )eskipun demikian ke"epatan abs!lut uap keluar sudu gerak lebih ke"il daripada ke"epatan abs!lut uap masuk sudu gerak yang bersangkutan, karena sebagian energi kinetik diubah menjadi kerja memutar  r!da turbin.

Tekanan uap keluar sudu lebih rendah daripada tekanan uap masuk sudu yang bersangkutan sehingga akan memperbesar gaya aksial pada bantalan. Untuk mengetahui berapa besar penurunan entalpi uap didalam baris sudu gerak didalam satu tingkat, la0imnya dipakai parameter derajat reaksi #-R$ yang didefinisikan sebagai

'an

 (

 (

 (

 (

 (

 (

 (

 (

 (

 (

 (

 (

 (

bersangku

 yang 

tingkat 

 satu

didalam

total 

entalpi

 Penurunan

 gerak 

 sudu

baris

 satu

didalam

entalpi

 Penurunan

 DR

 =

Sedangkan didalam turbin impuls penurunan tekanan hanya terjadi pada n!sel, pada sudu gerak tidak terjadi penurunan tekanan #impuls 1223$.

6amun demikian didalam praktek tidak dijumpai turbin reaksi 122 3 maupun impuls 1223 . 7al ini disebabkan karena selalu ada gesekan antara fluida kerja dengan start!r  dan r!t!r, sehingga didalam sudu tetap maupun sudu gerak terjadi penurunan tekanan. Pada turbin reaksi apabila sudusudu tetap dan sudusudu gerak pr!filnya sama, maka penurunan panas uap ketika melintasi tiaptiap baris dari setiap tingkat akan menjadi sama. Turbin sema"am ini disebut turbin dengan -R setengah atau lebih umum turbin reaksi 523.

&. KLASI,IKASI TURBIN

Terdapat banyak 8ariasi susunan, karakteristik dan k!nstruksi turbin yang diterapkan di unit PLTU. 9leh karena itu turbin dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kel!mp!k sesuai dengan aliran uap dan "asingnya. Pengel!mp!kkan itu dapat dibedakan menjadi *

 Turbin reheat  Turbin ekstraksi  Turbin single "asing  :haust fl!w

 liran uap

&.1. T"rin Re-e%

&.1.1. Siri "%'

Salah satu karakteristik yang dapat dipakai untuk mengklasifikasikan turbin adalah reheat dan n!n reheat. Turbin reheat terdiri lebih dari satu silinder dan uap mengalami pr!ses pemanasan ulang di reheater b!iler. Pada turbin reheat, uap yang keluar dari Turbin Tekanan Tinggi #7P$ dialirkan kembali kedalam ketel. -idalam ketel, uap ini dipanaskan kembali pada elemen pemanas ulang #reheater$ untuk selanjutnya dialirkan kembali melalui saluran reheat ke Turbin Tekanan )enengah dan Turbin Tekanan Rendah.

Se"ara umum, ada dua keuntungan yang dapat diper!leh dari pr!ses pemanasan ulang uap ini yaitu * meningkatkan efisiensi siklus term!dinamika dan mengurangi !pr!ses er!si pada sudusudu turbin tingkat akhir karena kualitas uap keluar dari LP turbin menjadi lebih kering.

&.1.&. As'e O'er%si

%!nstruksi turbin reheat umumnya silinder tekanan tinggi #7P$ dan silinder tekanan menengha #;P$ berada dalam satu "asing. -engan k!nstruksi seperti itu, maka salah satu aspek yang penting untuk diperhatikan adalah bahwa perbedaan temperatur antara main steam dengan reheat steam tidak b!leh terlampau besar. Umumnya pabrik pembuat turbin akan merek!mendasikan besarnya harga perbedaan temperatur yang masih dii0inkan. Bila harga perbedaan temperatur yang telah direk!mendasikan ini terlampaui, akan terjadi stress thermal pada "asing serta r!t!r turbin.

&.&. T"rin Esr%si

&.&.1. Siri "%'

<ara lain yang juga dipakai untuk mengklasifikasikan turbin adalah melalui sistem ekstraksi dan n!n ekstraksi. Turbin ekstraksi #etra"ti!n turbine$ adalah turbin yang mengekstrak sebagian uap yang mengalir dalam turbin.

Pengekstraksian uap ini dapat dilakukan di beberapa tempat disepanjang "asing turbin. Uap yang diekstrak kemudian dialirkan ke pemanas awal air pengisi untuk memanaskan air  pengisi. Tekanan dan aliran uap ekstraksi sangat tergantung pada beban.

Pada turbinturbin ekstraksi yang relatif ke"il, 8ariasi tekanan dan aliran uap ekstraksi tidak terlalu signifikan sehingga tidak diperlukan katup pengatur pada saluran uap ekstraksinya. Tetapi pada turbin ekstraksi yang besar, 8ariasi ini "ukup besar sehingga diperlukan katup

pengatur pada saluran ekstraksi guna meng!ntr!l tekanan/aliran uap ekstraksi. Turbin ekstraksi seperti ini disebut Turbin :kstraksi 9t!matis #ut!mati" :tra"ti!n Turbine$.

4ambar =. turbin multi silinder dengan reheat

Sedangkan pada turbin n!n ekstraksi, tidak dilakukan ekstraksi uap sama sekali. &adi seluruh uap yang mengalir masuk turbin n!n ekstraksi akan keluar meninggalkan turbin melalui ehaust.

&.&.&. As'e O'er%si

Pengambilan #ekstraksi$ uap dari turbin mengakibatkan kerja uap didalam turbin berkurang sehingga kemampuan turbin juga akan berkurang. -isisi lain terjadi peningkatan panas pada air pengisi sehingga mengurangi k!nsumsi bahan bakar untuk memanaskan air  tersebut.

%euntungan lainnya adalah karena jumlah uap masuk k!ndens!r berkurtang, maka pembuangan panas ke air pendingin juga berkurang. -engan demikian mengurangi jumlah kerugian panas.

)engingat uap ekstraksi akan mengurangi jumlah uap yang melakukan kerja dalam turbin, maka pengaliran uap ekstraksi dilakukan apabila turbin telah berbeban diatas batas minimumnya. 7al ini untuk menghindari ketidak stabilan !perasi turbin karena ketika beban rendah aliran uap ke turbin juga masih rendah.

&.+. T"rin Sing!e /%sing

&.+.1. Sing!e /%sing

<ara berikutnya yang juga dapat dipakai untuk mengklasifikasikan turbin adalah melalui k!nstruksi single "asing turbine atau multy "asing #"!mp!und$ turbine.

Turbin single "asing adalah turbin dimana seluruh tingkat sudusudunya terletak didalam satu "asing saja seperti terlihat pada gambar 1>a. ;ni merupakan k!nstruksi turbin yang paling sederhana tetapi hanya dapat diterapkan pada turbinturbin kapasitas ke"il.

4ambar 11. Turbin multi silinder dengan beberapa uap ekstraksi

Untuk turbinturbin kapasitas yang lebih besar, k!nstruksi single "asing menjadi kurang "!"!k. %arenya dibuatlah turbinturbin dengan ? "asing atau lebih #multy "asing$. %!mp!sisi dari turbin multy "asing ada ? ma"am yaitu * Tandem <!mp!und dan <r!ss <!mp!und. &.+.&. T"rin 0o#'o"n$ (#"!i) 0%sing

%!mp!sisi tandem "!mp!und terlihat seperti pada gambar 1?b. Pada turbin tandem "!mp!und, "asing"asing dipasang se"ara seri antara satu dengan lain sehinggga sumbu sumbu aksial "asing berada dalam 1 garis. -alam ilustrasi terlihat turbin tandem "!mp!und dengan ? "asing. Untuk turbinturbin yang besar dapat terdiri hingga 5 "asing.

Sedangkan gambar 1?" memperlihatan k!mp!sisi @<r!ss <!mp!und TurbineA. -alam k!mp!sisi ini, "asing turbin diletakkan dalam p!sisi paralel satu dengan yang lain dimana masingmasing "asing memiliki p!r!s /r!t!rnya sendiri sendiri. &adi r!t!rr!t!r dari turbin ini terpisah satu dengan yang lainnya.

Turbin PLTU dengan k!mp!sisi "r!ss "!mp!und berarti juga mempunyai ? generat!r. %arena ada ? generat!r yang digerakkan, maka ukuran masingmasing generat!r menjadi lebih ke"il dibanding apabila digunakan 1 generat!r dengan t!tal kapasitas yang sama. 7al ini memberikan keuntungan karena mempermudah pabrikasi serta transp!rtasi.

Gambar 12a. Trbin !at !ilin"er #!ingle ca!ing$

Gambar 12b. Trbin tan"em c%m%n".

&.. E2-%"s ,!o3.

&..1. Sing!e 4!o3

Turbin juga dapat diklasifikasikan berdasarkan ehaust fl!w. Turbinturbin ke"il biasanya hanya memiliki 1 saluran ehaust. Turbin sema"am ini biasanya disebut Turbin Single l!w. Tetapi untuk turbinturbin besar, bila menerapkan ran"angan seperti ini, maka dibutuhkan ehaust yang sangat luas. Sebagaimana diketahui k!ndisi uap pada ehaust turbin sudah dibawah jenuh atau uap basah, dan tekanannya dibawah tekanan atm!sfir.

Perubahan tekanan dari beberapa puluh bar menjadi tekanan minus mengakibatkan perubahan 8!lume yang sangat besar sehingga dibutuhkan laluan yang luas agar uap dapat melintas tanpa hambatan yang berarti. %arena keterbatasan kemampuan material, luas laluan ehaust juga menjadi sangat terbatas, sehingga kemampuan turbin dengan ehaust tunggal juga terbatas.

&..&. T3o 4!o3

Berdasarkan k!ndisi tersebut, maka untuk turbinturbin kapasitas besar umumnya ehaust dipe"ah menjadi dua atau lebih. Bila ternyata dibutuhkan ? ehaust, berarti keduanya berada dalam satu p!r!s dengan aliran uap yang berlawanan. Ran"angan turbin seperti ini disebut turbin tw! fl!w #aliran ganda$ seperti terlihat pada gambar 1>. -engan "ara seperti ini masalah keterbatasan luas laluan ehaust dapat diatasi sekaligus memberi perimbangan terhadap gaya aksial pada p!r!s.

 &.5. Kon4ig"r%si A!ir%n U%'

%!nfigurasi turbin yang beraneka ragam menimbulkan k!nsekuensi keaneka

ragaman sistem aliran uap pada turbin. -itinjau dari aliran uapnya turbin dapat

dibedakan menjadi * tandem "!mp!und single fl!w, d!uble fl!w dan reheat.

&.5.1. Sing!e ,!o3.

Sistem aliran uap tandem single fl!w terlihat seperti ilustrasi gambar 1C.

Pada turbin dengan sistem aliran uap sema"am ini, timbul gaya aksial yang "ukup besar  searah aliran uap.

Gambar 1). Tan"em *%m%n" !ingle +l%,.

&.5.&. Do"!e ,!o3.

 liran uap pada turbin jenis ini dipe"ah menjadi dua, dan dapat dibuat dalam arah

yang saling berlawanan seperti terlihat dalam gambar 15.

Gambar 1-. Trbin "engan aliran %ble /l%,

Dersi lain dari sistem ini adalah k!nstruksi turbin seperti gambar 1C, tetapi dengan Re8erse fl!w. Pada kedua 8ersi tersebut, gaya aksial yang timbul pada r!t!r b!leh dikatakan seimbang.

&.5.+. A!ir%n T"rin Re-e%.

Pada turbin yang dipas!k dengan uap superheat dan reheat, maka sistem aliran uap nya menjadi seperti ilustrasi gambar 1=.

+. PRINSIP KER*A DAN SIKLUS PLTG

PLT4 merupakan mesin k!n8ersi energi yang merubah energi kimia bahan bakar menjadi energi listrik. Siklus fluida kerjanya merupakan siklus terbuka #!pen "y"le$ atau siklus simple #simple "y"le$.

-ibandingkan dengan unit pembangkit termal lain PLT4 mempunyai beberapa keuntungan. %euntungan tersebut antara lain adalah

1. -apat dijalankan tanpa pas!k listrik dari luar

?. -apat start dengan "epat, hanya membutuhkan 5 menit untuk sampai sinkr!n >. %!nstruksinya simple dan k!mpak sehingga waktu pembangunannya "epat C. -apat di!perasikan dari l!kal maupun rem!te

5. 7arganya # E/%' $ relatif murah

Selain keuntungan PLT4 juga mempunyai kerugian, diantaranya adalah 1. Biaya !perasinya mahal

?. Biaya pemeliharaannya lebih mahal >. :fisiensi termalnya rendah

>.1. Prinsi' Ker% PLTG

Turbin gas bekerja #berputar$ karena mendapat energi panas berupa gas panas hasil pembakaran bahan bakar. Pembakaran dilakukan didalam "!mbusti!n "hamber dengan mengalirkan bahan bakar di"ampur dengan udara. Udara diper!leh dari k!mpres!r aksial yang menghisap udara luar #atm!sfir$.

%!mpres!r aksial diputar !leh turbin gas yang terpasang dalam satu p!r!s. Tenaga putar  #energi mekanik$ turbin gas selanjutnya digunakan untuk memutar generat!r yang dik!pel langsung dengan turbin sehingga menghasilkan energi listrik. 4as bekas setelah memutar  turbin dibuang ke atm!sfir dengan temperatur yang masih tinggi.

)esin turbin gas merupakan mesin pembakaran dalam yang k!ntinyu. Pr!ses pembakaran berlangsung se"ara terus menerus dan terjadi pada tekanan tetap. )esin turbin gas sering pula disebut dengan @"!mbusti!n turbineA.

+.&. Si!"s Ker% T"rin G%s

Siklus turbin gas disebut juga siklus tekanan tetap dan merupakan penerapan siklus Brayt!n. Siklus ini terdiri dari C langkah yang urutannya adalah sebagai berikut *

1 ? Udara masuk dan ditekan dalam k!mpres!r menghasilkan udara bertekanan #langkah k!mpresi$.

?  > Udara dari k!mpres!r dan bahan bakar bereaksi didalam ruang pembakaran menghasilkan gas panas #langkah pembakaran/heat input$

>  C 4as panas hasil pembakaran masuk dan berekspansi dalam turbin #langkah ekspansi$

C 4as bekas dari turbin dibuang ke udara luar #langkah pembuangan/ehaust$

4ambar 1G, -iagram T – s siklus Brayt!n

 .. BAGIAN (KOMPONEN) UTAMA

PLT4 terdiri dari bagian #k!mp!nen$ utama dan alat bantunya yang meliputi * 1. %!mpres!r utama

?. <!mbusti!n "hamber #ruang pembakaran$ >. Turbin gas

C. 4enerat!r

Tata Letak #Lay 9ut$

Tata letak PLT4 ber8ariasi karena masingmasing pabrik pembuat #manufa"ture$ menetapkan letak susunan k!mp!nen yang berbeda. Pada sebagian pabrik meletakkan generat!r disisi k!mpres!r sedang pada pabrik yang lain meletakkan generat!r disebelah turbinnya.

4ambar 1Hb, tata letak PLT4 'esting7!use

.1. Ko#'resor U%#%

ungsi k!mpres!r utama adalah menghasilkan udara bertekanan untuk digunakan sebagai udara pembakaran, pendingin dan perapat.

Tipe k!mpres!r adalah k!mpres!r aksial bertingkat banyak #multi stages$. %!mpres!r  terdiri dari sudu gerak dan sudu diam.

Udara didalam k!mpres!r mengalir melewati sudu gerak dan sudu diam. Sudu gerak yang mempunyai "elah sempit pada sisi masuk dan lebar pada sisi keluar sehingga ke"epatan relatif udara Dr? I Dr1, tetapi ke"epatan abs!lut udara disisi keluar lebih besar  dari sisi masuk #D? J D1$ karena pada r!t!r diberikan kerja.

%e"epatan abs!lut udara keluar sudu diam akan berkurang, dan disini energi kinetik diubah menjadi energi p!tensial atau tekanan.

 kibat dari meningkatnya tekanan pada tiap tingkat dan melewati ruang yang lebih sempit disisi keluar k!mpres!r, maka suhu udara keluar k!mpres!r juga naik men"apai ?G2  >15

 4ambar ?2, Bagiandalam turbin gas #4:$ se"ara segmented. a. Rotor

R!t!r k!mpres!r terdiri dari p!r!s, r!da dan sudu gerak.

Pada pangkal p!r!s #sisi udara masuk$ dibuat "!llar untuk thrust bearing dan tempat bantalan jurnal disebelahnya. Sudu gerak #m!8ing blade$ dipasang pada r!da #dis"$ mengelilingi p!r!s sehingga membentuk r!da atau disebut tingkat.

Pada sudu gerak terjadi perubahan energi mekanik menjadi energi kinetik.

&umlah tingkat sudu k!mpres!r tergantung kapasitas k!mpres!r dan tekanan udara yang diinginkan. %apasitas k!mpres!r harus "ukup besar karena kebutuhan udara untuk pembakaran pada turbin gas memerlukan udara lebih #e"ess air$ yang dapat men"apai >52 3. Sebagai "!nt!h k!mpres!r untuk turbin gas kapasitas 122 )' terdiri dari 1H tingkat.

b. Stator

Stat!r terdiri dari "asing dan sudu diam serta inlet guide 8ane.

<asing sebagai pembungkus k!mpres!r dan tempat kedudukan sudusudu diam terdiri dari beberapa segmen se"ara h!ris!ntal dan 8ertikal.

4ambar ?1, r!t!r k!mpres!r aksial

%e"epatan abs!lut udara keluar sudu diam akan berkurang dan disini energi kinetik diubah menjadi energi p!tensial atau tekanan.

.&. /o#"sion /-%#er (/OMBUSTOR)

<!mbusti!n "hamber adalah ruangan tempat terjadinya pr!ses pembakaran.

Turbin gas umumnya mempunyai "!mbusti!n "hamber yang terdiri dari banyak "!mbusti!n basket #liner$ yang dipasang melingkari "!mpress!r dis"harge.

D!lume gas panas pr!duksi "!mbusti!n "hamber jumlahnya besar karena pr!ses pembakaran nya memberikan e"ess air yang tinggi.

a. Combustion Liner

<!mbusti!n liner berbentuk silinder yang terdiri dari segmensegmen berlubang.Lubanglubang berfungsi untuk mengalirkan udara sekunder sekaligus sebagai pendingin dinding dan gas hasil pembakaran.%edalam "!mbusti!n liner juga dialirkan udara primer agar aliran menjadi turbulen.

<!mbusti!n liner disambungkan dengan transiti!n pie"e yang mengarahkan aliran gas panas ke n!00le turbin.

Untuk perlengkapan pr!ses pembakaran pada "!mbusti!n liner dipasang fuel n!00le, ignit!r dan flame dete"t!r.

Gambar ) *!mbus'i!n liner +,!mbus'!r

b. Fuel Nozzle

uel n!00le berfungsi untuk menyempr!tkan bahan bakar yang akan dibakar di ruang bakar agar mudah terbakar. da dua tipe, yaitu single n!00le dan dual n!00le.

Tipe dual fuel n!00le digunakan untuk mengabutkan #at!misasi$ dua jenis bahan bakar #minyak dan gas$.

c. Ignitor

;gnit!r berfungsi untuk menyulut bahan bakar di ruang pembakaran #"!mbusti!n "hamber$ agar terjadi pembakaran.

;gnit!r #disebut juga spark plug$ adalah dua elektr!de #serupa dengan busi$ yang mendapat pas!k listrik tegangan tinggi dari traf! ignit!r.

Pada saat penyalaan #igniti!n$, ignit!r did!r!ng masuk keruang pembakaran dan pas!k listrik K9nA sehingga mengeluarkan pe"ikan api #busur api$.

Setelah beberapa detik #sekitar ?2 detik$ pas!k listrik diputus dan ignit!r padam dan ignit!r ditarik keluar dari "!mbusti!n "hamber. ;gnit!r dipasang didekat fuel n!00le pada dua "!mbusti!n liner

4ambar ?=, ;gnit!r #penyala$

d. Flame Detector

lame dete"t!r berfungsi mendeteksi adanya nyala api didalam "!mbusti!n "hamber. lame dete"t!r dipasang pada dua "!mbusti!n liner yang letaknya berbeda 1G2 dari

 pabila flame dete"t!r tidak menangkap adanya nyala api, maka sistem akan mengirim sinyal ke rangkaian pengaman dan selanjutnya rangkaian pengaman memberi perintah untuk menutup #trip$ katup bahan bakar PLT4.

4ambar .?F, susunan "!mbusti!n "hamber dan letak flame dete"t!r.

+.+. T"rin GAS

Turbin gas berfungsi untuk merubah energi panas menjadi energi mekanik.

4as panas hasil pembakaran dari "!mbusti!n "hamber diarahkan ke turbin untuk memutar r!da turbin.

Perubahan energi terjadi ketika gas panas melewati sudu diam dan sudu gerak. %etika melewati sudu diam #n!00le$ tekanan gas turun tetapi ke"epatanya naik. Pada saat mend!r!ng sudu gerak, tekanan dan ke"epatan gas turun. Turbin gas terdiri dari ? bagian utama, yaitu "asing dan r!t!r.

a. Stator 

Stat!r terdiri dari "asing dan sudu diam serta diapragma.

<asing turbin dapat dib!ngkarpasang karena terdiri dari sambungan h!ris!ntal dan 8ertikal. Pada "asing terdapat aluralur melingkar untuk tempat rangkaian sudu diam #fied blade$ dan diapragma.

4ambar ?G, Sudu tetap dan sudu gerak turbin gas

Sudu diam dipasang pada alur membentuk r!da atau tingkat. &umlah tingkat sudu diam antara ? sampai = tingkat.

Sudu diam dialiri gas panas yang suhunya tinggi sehingga perlu pendinginan. Sudu diam merubah tekanan gas panas menjadi ke"epatan

4ambar ?H, Sudu diam turbin gas

b. Rotor

R!t!r turbin terdiri dari p!r!s dan sudu gerak. Sudu gerak #m!8ing blade/ bu"ket$ dipasang pada p!r!s membentuk lingkaran r!da yang biasa disebut tingkat atau dis". &umlah tingkat sesuai dengan jumlah tingkat pada sudu diam. Pada ujung #tip$ tiap sudu gerak tingkat ke ? dan ke > dipasang shr!ud yang berfungsi untuk mengun"i dan meredam getaran yang timbul.

5. KOMPONEN BANTU a. Air Inlet

 ir inlet terdiri dari filter h!use yang berfungsi menyaring udara masuk k!mpres!r. %!t!ran diudara tidak b!leh terbawa masuk kedalam k!mpres!r maupun turbin karena menyebabkan dep!sit ataupun er!si.ilter h!use dapat berupa filter berputar atau filter  yang dapat membersihkan sendiri.Pembersihan !t!matis bekerja apabila perbedaan tekanan melintas filter men"apai harga set nya.ilter h!use dihubungkan ke saluran udara masuk k!mpres!r dan inlet silin"er. ;nlet silin"er berisi akustik dan peredam berupa dinding berlubang untuk meredam suara.

b. Inlet Guide Vanes (IGV)

;nlet guide 8anes merupakan sudu diam pertama, dipasang pada sisi masuk k!mpres!r. Pada umumnya ;4D yang digunakan adalah 8ariable sehingga dapat mengatur jumlah aliran udara masuk k!mpres!r.

;4D diatur pada p!sisi minimum saat start dan shut d!wn

4ambar >?, inlet guide 8ane c. leed (lo! o"") Val#e

Pada saat start up atau shut d!wn, dimana putaran masih rendah ataumenuju rendah tekanan udara keluar k!mpres!r juga rendah. Sedangkan aliran udara dari arah masuk ke sisi keluar ke"epatannya "ukup tinggi. %arena "elah udara dalam k!mpres!r makin kesisi keluar makin sempit, maka akan menghambat aliran udara.

 kibatnya aliran udara dapat terhenti #stall$ dan beberapa saat kemudian timbul hentakan #surge$ yang dapat menyebabkan sudu patah.

Untuk menghindari hal tersebut, maka pada k!mpres!r tingkat tertentu dipasang saluran pembuang udara melalui bleed 8al8e #bl!w !ff 8al8e$. Selain itu aliran udara masuk k!mpres!r juga dikurangi dengan mengurangi pembukaan ;4D.

d. $%&aust Gas

Setelah melakukan kerja di turbin, gas panas dibuang ke atm!sfir melewati sistem ehaust. Sistem ehaust terdiri dari epansi!n j!int, transiti!n du"t, silin"er, dan ehaust sta"k.

:pansi!n j!int merupakan sambungan antara ehaust plenum dan silin"er yang berfungsi sebagai tempat pemuaian ehaust "asing.

4ambar >>, letak bleed 8al8e

4ambar >C, ehaust gas #plenum$.

e. antalan

R!t!r k!mpres!r dan turbin disangga !leh dua atau tiga bantalan jurnal dan satu bantalan aksial #thrust bearing$. Untuk sistem dua bantalan, bantalan dipasang pada ujung p!r!s k!mpres!r dan satu lagi di ujung p!r!s turbin sisi ehaust.

Rumah bantalan #Bearing h!using$ dit!pang !leh "!mpress!r "asing dan turbine "asing. Untuk men"egah k!ntak antara p!r!s dengan bantalan diberi minyak pelumas bertekanan. Untuk men"egah agar minyak pelumas tidak b!"!r keluar dari bantalan, dipasang labyrint seal dan udara perapat.

Bantalan jurnal berfungsi untuk menjaga p!r!s dari pergeseran kearah radial.

Untuk men"egah p!r!s bergeser, pada ujung p!r!s sisi k!mpres!r dipasang bantalan aksial #thrust bearing$.

". Accessor' (Au%iliar') Gear 

 ""ess!ry gear adalah r!da gigi yang menghubungkan p!r!s turbin dengan starting de8i"e, turning gear atau p!mpa bahan bakar minyak dan peralatan lainnya.

Pada saat turbin gas ber!perasi, a""ess!ry gear berfungsi sebagai gigi penggerak peralatan bantu yang digerakkan !leh p!r!s turbin.

4ambar >F, diagram a""ess!ries gear .

g. Starting De#ice

Turbin gas tidak dapat dijalankan #start$ tanpa bantuan tenaga pemutar dari luar.

Sebagaimana telah disebutkan diatas turbin gas digerakkan !leh fluida kerja berupa gas panas. 4as panas merupakan gas hasil pembakaran bahan bakar dan udara. Udara diper!leh dari k!mpres!r aksial yang diputar !leh turbin gas.

Pada saat mesin turbin gas st!p, maka k!mpres!r tidak menghasilkan udara. 9leh sebab itu untuk menjalankan mesin turbin gas diperlukan alat pemutar awal. ungsi alat pemutar awal #starting de8i"e$ adalah memutar turbin dari ke"epatan n!l hingga mampu berputar dengan kemampuan sendiri.

 lat pemutar awal turbin gas dapat menggunakan *  )esin diesel

4ambar >G, p!sisi l!ad gear

&. Load Gear (Reduction Gear)

Untuk menghasilkan frekuensi listrik 52 70, maka generat!r dua kutub harus diputar pada >222 rpm. Padahal sebagian mesin turbin menghasilkan putaran lebih dari >222 rpm #"!nt!hnya LST9) mempunyai putaran turbin 5122 rpm$. Untuk itu diperlukan adanya gigi penurun putaran yang akan menurunkan putaran turbin menjadi >222 rpm. lat untuk menurunkan putaran p!r!s turbin disebut l!ad gear atau redu"ti!n gear.

Tetapi turbin gas )itsubishi m!del F21- memiliki putaran >222 rpm sehingga tidak memerlukan l!ad gear.

<!nt!h gambar l!ad gear ditunjukkan pada gambar ??. 4ear h!using terdiri atas l!wer  "asing dan upper "asing yang dibaut menjadi satu. Untuk menghilangkan gaya aksial, bentuk giginya dipilih miring dengan arah berlawanan.