TURBIN AIR
1. PENGERTIAN TURBIN AIRTurbin air adalah alat untuk untuk mengubah energi air (energi potensial, tekanan dan energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik..Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi kinetik, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi. Pengelompokkan turbin air ditunjukkan oleh Tabel 1 berikut :
a. Turbin Impuls
Turbin impuls adalah turbin air yang cara kerjanya merubah seluruh energi air(yang terdiri dari energi potensial+tekanan+kecepatan) yang tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan energi kinetik. Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle. Air keluar nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse). Akibatnyaroda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran airyang keluar dari nozle tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfr sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan. Contoh turbin impuls adalah turbin Pelton.
b. Turbin Reaksi
Turbin reaksi adalah turbin yang cara kerjanya merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi kinetik. Turbin jenis ini adalah turbin yang paling banyak digunakan. Sudu pada turbin reaksi mempunyai profl khusus
yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner turbin reaksisepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin.
2. FUNGSI TURBIN
Turbin berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. gaya jatuh air yang mendorong baling-baling menyebabkan turbin berputar. Turbin air kebanyakan seperti kincir angin, dengan menggantikan fungsi dorong angin untuk memutar baling-baling digantikan air untuk memutar turbin. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator.
3. PRINSIP KERJA TURBIN AIR
Turbin air mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis. Energi mekanis diubah dengan generator listrik menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis
4. BAGIAN-BAGIAN SECARA UMUM TURBIN
a) Rotor yaitu bagian yang berputar pada sistem yang terdiri dari :
- Sudu-sudu berfungsi untuk menerima beban pancaran yang disemprotkan
Oleh nozzle.
yang dihasilkan oleh sudu.
- Bantalan berfungsi sebagai perapat-perapat komponen-komponen dengan
tujuan agar tidak mengalami kebocoran pada sistem. b) stator yaitu bagian yang diam pada sistem yang terdiri dari :
- Pipa pengarah/nozzle berfungsi untuk meneruskan alira fuida
sehinggatekanan dan kecepatan alir fuida yang digunakan di dalam sistem besar.
- Rumah turbin berfungsi sebagai rumah kedudukan komponen komponen dari turbin.
5. JENIS-JENIS TURBIN AIR a. Turbin Pelton
Keuntungan turbin pelton... - Daya yang dihasilkan besar. - Konstruksi yang sederhana. - Mudah dalam perawatan.
- Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir.
Kekurangan
Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang lebih banyak.
Turbin pelton digolongkan ke dalam jenis turbin impuls atau tekanan sama. Karena selama mengalir di sepanjang sudu-sudu turbin tidak terjadi penurunan tekanan, sedangkan perubahan seluruhnya terjadi pada bagian pengarah pancaran atau nosel.
Energi yang masuk ke roda jalan dalam bentuk energi kinetik. Pada waktu melewati roda turbin, energi kinetik dikonversikan menjadi kerja poros dan sebagian kecil energi terlepas dan sebagian lagi digunakan untuk melawan gesekan dengan permukaan sudu turbin.
b. Turbin turgo
Turbin turgo Dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda keuntungan kerugian juga sama
Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jeis turbin aksi (impulse turbine).
Pemakaian jenis Turbin Cross-Flow lebih menguntungkan dibanding dengan pengunaan kincir air maupun jenis turbin mikro hidro lainnya. Penggunaan turbin ini untuk daya yang sama dapat menghemat biaya pembuatan penggerak mula sampai 50 % dari penggunaan kincir air dengan bahan yang sama. Penghematan ini dapat dicapai karena ukuran Turbin Cross-Flow lebih kecil dan lebih kompak dibanding kincir air.
d. Turbin francis
Turbin Francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial.
Turbin francis bekerja dengan memakai proses tekanan lebih. Pada waktu air masuk ke roda jalan, sebagian dari enrgi tinggi jatuh telah bekerja di dalam sudu pengarah diubah sebagai kecepatan air masuk. Sisa energi tinggi jatuh dimanfaatkan dalam sudu jalan, dengan adanya
pipa isap memungkinkan energi tinggi jatuh bekerja di sudu jalan dengan semaksimum mungkin. Turbin yang dikelilingi dengan sudu pengarah semuanya terbenam dalam air. Air yang masuk kedalam turbin dialirkan melalui pengisian air dari atas turbin (schact) atau melalui sebuah rumah yang berbentuk spiral (rumah keong). Semua roda jalan selalu bekerja. Daya yang dihasilkan turbin diatur dengan cara mengubah posisi pembukaan sudu pengarah. Pembukaan sudu pengarah dapat dilakuakan dengan tangan atau dengan pengatur dari oli tekan(gobernor tekanan oli), dengan demikian kapasitas air yang masuk ke dalam roda turbin bisa diperbesar atau diperkecil. Pada sisi sebelah luar roda jalan terdapat tekanan kerendahan (kurang dari 1 atmosfir) dan kecepatan aliran yang tinggi. Di dalam pipa isap kecepatan alirannya akan berkurang dan tekanannya akan kembali naik sehingga air bisa dialirkan keluar lewat saluran air di bawah dengan tekanan seperti keadaan sekitarnya
e. Turbin kaplan propeller
6. KRITERIA PEMILIHAN JENIS TURBIN
BOILER
konderser
Q in
Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan dimanfaatkan untuk operasi
turbin merupakan faktor utama yang mempengaruhi pemilihan jenis turbin, sebagai contoh : turbin pelton efektif untuk operasi pada head tinggi, sementara turbin propeller sangat efektif beroperasi pada head rendah.
Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit yang tersedia.
Kecepatan (putaran) turbin ang akan ditransmisikan ke generator. Sebagai contoh untuk sistem
transmisi direct couple antara generator dengan turbin pada head rendah, sebuah turbin reaksi (propeller) dapat mencapai putaran yang diinginkan, sementara turbin pelton dan crossflow berputar sangat lambat (low speed) yang akan menyebabkan sistem tidak beroperasi.
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 fuida kerja dihasilkan oleh katel uap, yaitu suatu alat yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap.
2
3
Wp
W
TQ out
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 fuida kerja selama proses siklus tersebut berlangsung. Jadi untuk proses Siklus 1 – 2 – 2’ – 3 – 3’ – 4 – 1
Dengan rumus:
W = T dS
W = Kerja per satuan berat fuida 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 fuida kerja dan bagian-bagian dari turbin.
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 efisiensi turbin menjadi lebih tinggi karena kehilangan energi relatif kecil.
- 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.
Klasifiasi Turbiie Uap Berdasariae Pada Tiegiar Peeurueae Teiaeae Dalam Turbiie
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.
Klasifiasi Turbiie Berdasariae Prsses Peeurueae Teiaeae 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 lain.
Turbin Ekstraksi.
Didalam turbin ini sebagian uap dalam turbin diekstraksi untuk roses pemanasan lain, misalnya proses industri.
