BAB I BAB I
PENDAHULUAN PENDAHULUAN
1.1
1.1 Latar BelakangLatar Belakang
Steam Turbin adalah mesin mekanik yang menjalankan atau Steam Turbin adalah mesin mekanik yang menjalankan atau mengoperasikan turbin uap (
mengoperasikan turbin uap (Steam TurbineSteam Turbine) harus digunakan uap, selain itu) harus digunakan uap, selain itu uap yang digunakan harus berupa
uap yang digunakan harus berupa Superheated SteamSuperheated Steam. Karena uap yang. Karena uap yang dihasilkan dari
dihasilkan dari Boiler Boiler hanya berupa hanya berupa Saturated SteamSaturated Steam maka sebelum uap maka sebelum uap tersebut digunakan untuk mengoperasikan turbin uap, uap tersebut harus tersebut digunakan untuk mengoperasikan turbin uap, uap tersebut harus dipanaskan kembali dengan menggunakan
dipanaskan kembali dengan menggunakan SuperheaterSuperheater (pemanas lanjut)(pemanas lanjut) hingga mencapai
hingga mencapai Superheated Stem.Superheated Stem. Laporan tentang
Laporan tentang Steam TurbineSteam Turbine ini kiranya dapat dipakai sebagaiini kiranya dapat dipakai sebagai pengantar
pengantar belajar belajar tentang tentang permasalahan permasalahan yang yang menyangkutmenyangkut Steam Turbine.Steam Turbine. Bahan lain yang berhubungan dengan
Bahan lain yang berhubungan dengan Steam TurbineSteam Turbine yang dikeluarkan olehyang dikeluarkan oleh lembaga lainnya patut menjadi bahan acuan untuk melengkapi isi dari laporan lembaga lainnya patut menjadi bahan acuan untuk melengkapi isi dari laporan ini.
ini.
1.2
1.2 TujuanTujuan 1.2.1
1.2.1 Tujuan ITujuan Instruksional nstruksional Umum :Umum : 1.
1. Mahasiswa dapat mengoperasikan dengan benar pengoperasianMahasiswa dapat mengoperasikan dengan benar pengoperasian Boiler, Kalorimeter, Steam Engine, Super Heater, dan Steam Boiler, Kalorimeter, Steam Engine, Super Heater, dan Steam Turbine.
Turbine. 2.
2. Mahasiswa dapat mengukur, menghitung dan menganalisaMahasiswa dapat mengukur, menghitung dan menganalisa performance
performance / / karakteristik karakteristik dari dari Boiler, Boiler, Kalorimeter, Kalorimeter, Steam Steam EngineEngine dan Super Heater.
1.2.2 Tujuan Instruksional Khusus :
1. Mahasiswa dapat melakukan pengukuran terhadap beberapa parameter antara lain putaran turbine, tekanan, temperature uap, laju aliran embunan, laju aliran pendinginan, dan parameter lain yang diperlukan untuk menentukan performance steam turbine.
2. Mahasiswa dapat menghitung laju aliran embunan, laju aliran pendinginan, konsumsi uap, penurunan entalphi actual, penurunan isentropis, perpindahan panas pada air pendingin dan embunan, daya poros, daya listrik dan efisiensi.
BAB II DASAR TEORI
2.1 Pengertian Steam Turbine
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.
2.2 Pengoperasian Steam Turbine
Untuk menjalankan atau mengoperasikan turbin uap (Steam Turbine) harus digunakan uap, selain itu uap yang digunakan harus berupa Superheated Steam. Karena uap yang dihasilkan dari Boiler hanya berupa Saturated Steam maka sebelum uap tersebut digunakan untuk mengoperasikan turbin uap, uap tersebut harus dipanaskan kembali dengan menggunakan Superheater (pemanas lanjut) hingga mencapai Superheated Stem. Uap yang akan digunakan untuk mengoperasikan Boiler harus berupa uap kering (Superheated Steam) karena apabila uap tersebut masih dalam kondisi uap jenuh (Saturated Steam) dapat menyebabkan kavitasi dan korosi pada turbin.
Saturated Steam Super Heater Steam
Super Heater
Saturated Steam SuperHeater Steam
Super Heater
Gambar1. Proses Perubahan Uap dengan Menggunakan Superheater
2.3 Prinsip Kerja Turbine 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 t urbin.
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
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.
2.4 Proses Pemanasan Air pada Steam Turbine
Dalam dunia industri yang menggunakan Steam Turbine, digunakan beberapa proses pemanasan air hingga siap digunakan untuk mengoperasikan
Boiler (hingga menjadi Superheated Steam). Proses tersebut dilakukan dengan menambahkan Economizer , Evaporator dan Superheater. Tidak hanya itu, ada juga yang memanfaatkan exhaust gas untuk memanskan Boiler. Boiler type ini disebut dengan HRSG ( Heat Recovery Steam Generator ). Dan juga ada yang menggunakan Cogeration atau Regenerator. Fungsi dari alat – alat tersebut adalah sebagai berikut :
Economizer
Digunakan untuk memanasi air dingin dari Feed Water Tank menjadi air panas.
Evaporator
Digunakan untuk memanasi air panas menjadi uap basah. Superheater
Digunakan untuk memanasi uap basah menjadi uap kering (Superheater Steam)
Cogeration / Regenerator
Digunakan untuk memanasi uap yang telah keluar dari turbin pertama ( High Pressure Turbine) ke turbin kedua atau ( Low Pressure Turbine)
Steam Turbine
SH2 SH1 EVA ECO STACK
( ± 110 oC) Gambar2. HRSG Boiler dengan menggunakan ECO, EVA dan SH
2.5 Exhaust Sistem
Turbin & generator
Condensor
Boiler + SH
FWP
Gambar 3. Diagram Blok
Exhaust Steam yang keluar dari steam turbine akan mengalami drop tekanan sehingga tekanan uap yang akan masuk kedalam condensate lebih kecil ( P = 0 Bar ) daripada tekanan cooling water dalam condensate (P = 1 atm atau 1 Bar). Untuk dapat dikondensasi maka harus digunakan vacuum pump untuk mengalirkan uap kedalam condensate. Karena cooling water in digunakan untuk mendinginkan uap panas maka cooling water out yang dikeluarkan akan bersifat panas. Oleh karena itu cooling water out dispray agar dapat didinginkan olah
cooling van.
2.6 Proses Cooling Water
Condensate harus selalu dalam keadaan baik (tidak kotor) karena apabila condensate terganggu karena adanya kotoran dari cooling water uap yang seharusnya didinginkan menjadi terganggu proses pendinginannya sehingga uap tetap bersifat panas. Hal ini menyebabkan tekanan dalam condensate naik yang menyebabkan naiknya tekanan vacum pump yang pada akhirnya menyebabkan turunnya performance dari Boiler. Untuk mengatasi hal ini dapat dilakukan dengan mem- Blow Down sedikit Cooling Water In. Dan untuk mencegah terjadinya korosi maka cooling water harus di treatment, yaitu dengan menggunakan Injection Chemical yang terdiri dari :
1. NaOCl 2. Inhibitor 3. Phospat 4. H2SO4 5. Bioxid
C.W.P Blow Down
Gambar 4. Proses Cooli ng Water Cooling Water Out
Keterangan :
CWP = Cooling Water Pump
2.7 Sistem Proteksi Untuk Over Speed pada Steam Turbin
Uap dari Boiler sebelum digunakan ke Steam Turbine terlebih dahulu uap tersebut di panaskan kembali lewat superheater hingga mencapai superheated steam. Pada saat sebelum tercapai superheated steam, uap dijebak dahulu hingga menjadi superheated steam. Karena uap dijebak maka uap akan berkondensasi maka valve kondensasi harus dibuka. Baru setelah menjadi superheated steam, uap dapat digunakan untuk mengoperasikan steam turbine.
Untuk steam turbine di PPNS – ITS memiliki putaran maximum 4000 Rpm. Oleh karena itu apabila putaran dari turbine melebihi 4000 Rpm maka propeller akan menghancurkan casing. Untuk menghindari over speed maka
digunakan sistem proteksi, yaitu :
Dynamo
Tranduser udara
Pan
Cara kerja system proteksi ini adalah ketika putaran uap di dynamo lebih tinggi dari 4000 Rpm maka akan mengaktifkan solenoid. Kemudian solenoid membuka menyebabkan udara (uap) masuk lalu secara pneumatic uap tersebut akan menekan piston, sedangkan piston akan menekan valve uap yang ada pada saluran masuknya uap ke turbine. Karena piston menekan valve yang ada pada swaluran masuknya uap ke turbine maka valve tersebut menutup uap yang akan masuk kedalam turbine sehingga putaran turbine turun.
2.8 Aplikasi Steam Turbine
Pada aplikasinya ada yang menggunakan steam turbine dengan menggunakan regenerator untuk meningkatkan efisiensi dari penggunaan uap. System tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah :
\REHEATE
Turbine 1 (HP) Turbin
2 (LP)
Super Heater
Condensato
Boiler + Economizer + Evaporator
Gambar 6. Steam Turbine dengan Regenerator
T 5 7 3 4 6 2 1 8 S
Gambar T
–
S diagram Steam Turbine Dengan Regenerato Keterangan :1. 1, 2, 3 = air dipompa kedalam Economizer, Evaporator 2. 4 = Masuk Boiler
3. 5 = Masuk Super Heater 4. 6 = Masuk Turbine (1) 5. 7 = Masuk Regenerator
Turbine (1) di – couple dengan turbine (2) dengan tujuan untuk
memanfaatkan efisiensi dari uap yang dihasilkan pada system tersebut. Dengan di – couplenya turnbine 1 dengan turbine 2 maka sedikit uap dari
regenator dapat memutar turbine (2) lebih cepat karena tercopulenya turbine 1 dengan turbine 2 yang mana turbine 1 membantu proses berputarnya turbine 2. Karena turbine 1 langsung menerima superheated steam dai super heater maka tenaga yang dimiliki / dihasilkan turbine 1 lebih besar daripada turbine 2 sehingga turbine 1 disebut juga dengan High Pressure Turbine, sedangkan turbine 2 disebut juga dengan Low Pressure Turbine.
Dengan mengabaikan perubahan energi kinetis dan potensial yang dapat terjadi maka keluaran kerja persatuan masa yang dihasilkan turbin dapat dicari persamaan sebagai berikut :
1. Kerja Turbin Ws = h1 – h2s
Ws = Keluaran kerja tuebin pada proses isentropis (Kw/Kg) h1 = Entalpi uap masuk turbin (Kj/Kg)
h2s = Entalpi uap keluar turbin (Kj/Kg)
Namun dalam praktek, proses yang terjadi pada turbin juga dipengaruhi adanya gesekan yang terjadi yaitu ekspansi adiabatic tak dapat balik (irrevisible).
Keluaran kerja turbin dapat dicari dengan persamaan berikut ini : W = h1 – h2
W = Keluaran kerja turbin sebenarnya (Kw/Kg) h1 = Entalpi uap masuk turbin (Kj/Kg)
Perbandingan antara keluaran kerja turbin sebenarnya dengan keluaran kerja turbin pada proses isentropis.
Et Isentropis = W / Ws
2. Konsumsi uap (Kj/Kg)
SC = massa embun yang terkumpul (Kg) / waktu yang diperlukan (s)
3. Pemasok nuap energi uap (KJ/Kg)
HS = Entalpi pada nozel x konsumsi uap
4. Energi panas yang keluar dari turbin (KJ/s) HE = Entalpi uap pada proses isentropis (KJ/s)
5. Penurunan entalpi isentermis (KJ/s)
= pemasok energi panas – energi panas keluaran
= (HS – HE)
6. Penurunan entalpi pada proses isentropis
= Pemasok energi panas – entalpi isentropic keluaran X konsumsi uap
7. Kandungan embun (KJ/s)
HK = (laju aliran massa uap = 4,18 temperatur embun)
8. Kandungan panas pada air pendingin (KJ/s)
HCW = (laju aliran masa air pendingin = 4,18 beda temperature air pendingin).
9. Panas yang diserap pada pendingin lanjut (KJ/s) = Panas keluaran turbine – panas didalam embunnan.
HU = HE – HK
10. Panas yang duberikan pada siklus rankine (KJ/s)
HR = Pemasok energi panas – panas didalam embunan
HR = HS – HK
11. Daya rem/break power (Kw) HP = 2π x N x T
N = Putaran Poros Turbin
T = Torsi (nm)
12. Konsumsi Energi Uap (KJ/Kw.s)
12. Konsumsi uap spesifik/SSC (Kg/Kw) SSC = Konsumsi Uap / Break power 13. Effisiensi isentropic (%)
Ef.Ist = (penurunan entalpi sesungguhnya / penurunan entalpi isentropis) x 100%
14. Effisiensi mekanis (%)
Ef.Mek = (break power / panas yang diberikan pada siklus rankin) x 100% 15. Effisiensi termal (%)
Ef.Ter = (break power / panas yang diberikan pada siklus r ankin) x 100% 16. Effisiensi Renkin (%)
Ef.Rkn = (penurunan entalpi sesungguhnya / panas yang diberikan pada siklus rankin) x 100%
17. Efisiensi relative (%)
Ef. Rel = (Effisiensi termal / Effisiensi Rankin) x 100% 18. Daya listrik yang dibangkitkan (Kw)
EL = V x I
V = Beda potensial generator (Volt) I = Arus Generator (ampere)
BAB III
METODOLOGI PRAKTIKUM
3.1 Alat dan Bahan 3.1.1 Alat
Adapun alat – alat yang digunakan dalam praktikum ini adalah
sebagai berikut : 1. Paket Boiler 2. Super Heater 3. Steam Turbine 4. Power Supply 5. Compressor 6. Pompa 7. Condensator 8. Steam Turbin 9. Boiler 10. Super heater
11. Bahan bakar / solar 12. Water treatment 13. Air 14. Electric supply 15. Pompa 16. Compressor 17. Stop watch 18. Gelas ukur 19. Timba
3.1.2 Bahan
Adapun bahan – bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah
sebagai berikut : 1. Air 2. uap 3. oli 4. udara 5.
3.2 Prosedur Kerja Secara Umum 3.2.1 Start Up Steam Turbine 3.2.2 Shutdown Steam Turbine
3.3 Perhitungan
Adapun perhitungan yang akan dilakukan adalah pada kerja turbine
3.4 Rangkaian Percobaan
3.5 Prosedur Kerja Steam Turbine
1. Nyalakan pompa colling water, periksalah air pendingin ( air pendingin harus sudah bersirkulasi sebelum uap masuk pada instalasi / unit Steam Turbin ).
2. Putar pada posisi ON eksternal electrical supply pada RCB ( residual current breaker ) pada box isolator switch pada panel disamping steam turbin.
3. Start boiler
4. Tutup katub IV ( steam inlet ) ke turbin dengan catatan bila katub terbuka maka uap akan masuk ke instalasi pipa.
5. Alirkan uap bertekanan 10 bar ke Super heater
6. Buka katub bahan baker untuk Super heater. Tekanlah tombol ON untuk power Super heater
7. Burner akan menyala, tunggu beberapa saat, lihatlah pada alat control, apabila steam outlet menunjukan angka 240 0C maka pemanasan uap pada super heater telah cukup dan burner akan mati secara otomatis
8. Putar panel switch pada posisi ON dan tekan tombol start ON untuk cooling tower dan fan
9. Bukalah katub pada system pendingin. Hubungkan compressor dengan membuka valve yang ada pada ruangan Automatic Marine Diesel dan aturlah valve ( boldvalve) pada tekanan kira – kira 6,5 bar sehingga
solenoid di steam turbin akan menyala. 10. Swich ON untuk steam turbin
11. Putarlah kunci kontak pada posisi absorber, putar knob merah stop steam turbin maka kecil hijau akan menyala
12. Bulkalah katub steam turbin inlet perlahan - lahan 13. Bukalah katub gland sealing V 13 dan V14
