Turbin Uap
BAB I PENDAHULAUAN
1.1 Latar Belakang
Turbin merupakan sebuah alat yang salah satunya digunakan untuk membangkitkan suatu energi.Di Indonesia telah tersebar berbagai macam turbin, mulai dari turbin gas, turbin air dan turbin uap.Turbin sangat membantu dalam kehidupan sehari-hari kita, salah satunya untuk memenuhi kebutuhan kita yang tidak lepas dari alat tersebut, yaitu listrik.Dengan turbin kita dapat melakukan kegiatan malam tanpa harus dalam kondisi gelap. Kegiatan malam akan berjalan lancar dengan adanya listrik yang tidak lepas dari turbin tersebut.
Semakin banyaknya turbin dan pesatnya perkembangan turbin tersebut, kini turbin tak asing lagi. Segala macam cara dilakukan untuk memodifikasi kembali turbin tersebut hanya untuk meningkatkan kenyamanan bagi pemakai, baik individu maupun kelompok. Terlebih lagi dengan adanya perkembangan teknologi saat ini, proses pemodifikasian turbin tersebut menjadi lebih mudah dilakukan.
Dengan adanya berbagi macam turbin tersebut yang telah tersebar hingga dipelosok Indonesia, maka kami berupaya untuk menulis sebuah makalah yang menyangkut permasalahan tersebut yaitu Turbin Uap.
1.2 Tujuan
Tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut :
1. Dapat menentukan macam-macam turbin yang biasa dipakai sehari-hari. 2. Mengidentifikasikan definisi dari turbin uap.
4. Menjelaskan cara kerja dari turbin uap. 5. Menentukan kegunaan dari turbin uap.
6. mengetehui kelebihan dan kelemahan turbin uap
1.3 Ruang Lingkup
Ruang lingkup dari turbin uap ini ada berbagai macam, sesuai penggunaan dari turbin uap tersebut.Ruang lingkup yang saya dapat dari hasil penyusunan makalah ini adalah industri, karena industri merupakan tempat yang paling banyak menggunakan alat-alat yang berhubungan dengan turbin uap.
1.4 Metode
Ada berbagai metode yang kami gunakan dalam penyusunan makalah ini, yaitu antara lain :
1. Pengamatan
Informasi-informasi yang kami kumpulkan berasal dari hasil pengamatan-pengamatan yang kami lakukan yaitu dengan mengamati hal-hal yang berhubungan dengan turbin uap.
2. Studi Pustaka
Selain dengan metode pengamatan terhadap turbin uap, kami juga mengumpulkan informasi-informasi melalui metode studi pustaka, yaitu dengan cara menggali informasi dari buku-buku serta media-media massa yang ada.
BAB II. MENGIDENTIFIKASIKAN TENTANG TURBIN UAP
2.1 Definisi Turbin Uap
Turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin langsung atau dengan bantuan elemen lain, dihubungkan dengan mekanisme yang digerakkan. Tergantung dari jenis mekanisme yang digerakkan turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang industri, seperti untuk pembangkit listrik.
Turbin uap merupakan salah satu jenis mesin yang menggunakan metode external combustion engine (mesin pembakaran luar).Pemanasan fluida kerja (uap) dilakukan di luar sistem.Prinsip kerja dari suatu instalasi turbin uap secara umum adalah dimulai dari pemanasan air pada ketel uap.Uap air hasil pemanasan yang bertemperatur dan bertekanan tinggi selanjutnya digunakan untuk menggerakkan poros turbin.Uap yang keluar dari turbin selanjutnya dapat dipanaskan kembali atau langsung disalurkan ke kondensor untuk didinginkan.Pada kondensor uap berubah kembali menjadi air dengan tekanan dan temperatur yang telah menurun.Selanjutnya air tersebut dialirkan kembali ke ketal uap dengan bantuan pompa.Dari penjelasan diatas dapat disimpulkan bahwa turbin uap adalah mesin pembangkit yang bekerja dengan sistem siklus tertutup.
Siklus Rankine adalah siklus daya uap yang digunakan untuk menghitung atau memodelkan proses kerja mesin uap / turbin uap. Siklus ini bekerja dengan fluida kerja air. Semua PLTU (pembangkit listrik tenaga uap) bekerja berdasarkan prinsip kerja siklus Rankine. Siklus Rankine pertama kali dimodelkan oleh: William John Macquorn Rankine, seorang ilmuan Scotlandia dari Universitas Glasglow. Untuk mempelajari siklus Rankine, terlebih dahulu kita harus memahami tentang T-s diagram untuk air. Berikut ini adalah T-s diagram untuk air.
Gambar 1 diagram T-s untuk air
(sumber : NBS/NRC Steam Tables/1 by Lester Haar, John S. Gallagher, and George S. Kell )
T-s diagram adalah diagram yang menggambarkan hubungan antara temperatur (T) dengan entropi (s) fluida pada kondisi tekanan, entalpi, fase dan massa jenis tertentu. Jadi pada diagram T-s terdapat besaran-besaran tekanan, massa jenis, temperatur, entropi, entalpi dan fase fluida.
Sumbu vertikal T-s diagram menyatakan skala temperatur dan sumbu horizontal menyatakan entropi. Terdapat 2 sistem satuan untuk T-s diagram yaitu sistem satuan internasional seperti pada gambar 1 dan sistem satuan Inggris. Menggunakan diagram ini perlu diperhatikan sistem satuan yang digunakan. Selain itu masing-masing jenis fluida mempunyai diagram T-s nya sendiri-sendiri dan berbeda satu dengan lainnya. Misalnya T-s diagram untuk air tidak akan sama dengan T-s diagram untuk freon R12 dan tidak akan sama dengan T-s diagram untuk amoniak.
Selain diagram T-s juga dikenal Mollier diagram atau h-s diagram. Berikut ini adalah h-s diagram untuk air.
Gambar 2 h-s diagram untuk air
(sumber : NBS/NRC Steam Tables/1 by Lester Haar, John S. Gallagher, and George S. Kell )
Diagram h-s menggambarkan hubungan antara energi total (entalpi (h)) dengan entropi (s). Sama seperti diagram T-s, untuk setiap fluida memiliki diagram h-s nya sendiri-sendiri. Kedua diagram ini dapat digunakan untuk menghitung kinerja pembangkit listrik tenaga uap dengan menggunakan siklus Rankine.
Gambar 3 bagian-bagian T-s diargam
Pada T-s diagram terdapat garis lengkung berbentuk kubah yang disebut kubah uap. Puncak kubah uap ini terdapat sebuah titik yang disebut titik kritis. Bila fluida
dipanaskan pada tekanan kritis yaitu tekanan pada titik kritis ini, maka pada saat temperatur fluida mencapai temperatur kritisnya, semua molekul fluida akan berubah secara cepat dari fase cair menjadi fase gas (uap) tanpa ada proses penyerapan panas laten (panas penguapan) oleh sebab itu titik ini disebut titik kristis fluida. Untuk air, titik kritis berapa pada tekanan 218 atm (22,064 MPa) dan temperatur 374 oC. Jadi bila air dipanaskan pada tekanan 22,064 Mpa atau 218 atm,
maka ketika temperatur air mencapai 374 oC, secara cepat air akan berubah
langsung dari fase cair menjadi fase gas tanpa melalui proses penyerapan energi untuk proses penguapan.
Dari titik kristis ke arah kanan mengikuti garis kubah uap disebut garis uap jenuh. Bila fluida berada pada kondisi tekanan dan temperatur yang sesuai dengan garis ini, maka fluida tersebut berada pada kondisi 100% uap jenuh. Dari titik kristis ke
arah kiri mengikuti garis kubah uap, disebut garis cair jenuh. Pada garis ini fluida memiliki fase cair 100%.
Di dalam kubah uap adalah daerah panas laten yaitu panas penguapan atau panas pengembunan. Pada daerah ini fluida berada dalam kondisi 2 fase yaitu fase cair dan fase gas bercampur menjadi satu. Kadar uap dapat ditentukan dari garis kadar uap.
Daerah di atas kubah uap di sebelah kanan adalah daerah uap panas lanjut
( superheated steam ). Sedangkan daerah di sebelah kiri di luar kubah uap disebut daerah dingin lanjut. Untuk uap jenuh, sifat-sifat termodinamika uap dapat
ditentukan hanya dengan mengunakan temperatur atau tekanannya saja, tetapi untuk menentukan sifat-sifat termodinamika uap pada kondisi panas lanjut dan dingin lanjut harus diketahui tekanan dan temperatur uap.
Siklus Rankine Ideal Sederhana
Siklus Rankine ideal sederhana terdiri dari :
Boiler sebagai alat pembangkit uap
Turbin uap sebagai alat mengubah uap menjadi kerja Kondensor sebagai alat pengembun uap
Pompa boiler sebagai alat memompa air ke boiler
Gambar 5 skema siklus Rankine ideal sederhana
Skema pada gambar 5 dapat digambarkan garis kerjanya pada diagram T-s seperti pada gambar 6 berikut ini.
Ga mbar 6 diagram T-s untuk siklus Rankine ideal sederhana
Keterangan gambar 6 :
Proses 1 – 2 adalah proses pada tekanan konstan yang berlangsung pada boiler. Pada proses ini kalor masuk ke dalam sistem (Qin).
Proses 2 – 3 adalah proses ekspansi isentropis (adiabatis reversibel) yang
berlangsung di dalam turbin uap. Pada proses ini terjadi kerja keluar sistem (Wout)
Proses 3 – 4 adalah proses pada tekanan konstan yang berlangsung di dalam kondensor. Pada proses ini kalor keluar dari sistem (pembuang kalor) (Qout).
Proses 4 – 1 adalah proses penekanan secara isentropis oleh pompa. Pada proses ini kerja masuk ke dalam sistem (Win).
Pada siklus Rankine ideal sederhana. Air dipompa oleh pompa pengisi boiler ke dalam boiler. Pompa yang bertugas untuk memompakan air ke dalam boiler disebut feed water pump. Pompa ini harus dapat menekan air ke boiler dengan tekanan yang cukup tinggi (sesuai dengan tekanan kerja siklus). Secara ideal pompa bekerja menurut proses isentropis (adiabatis reversibel) dan secara aktual pompa bekerja menurut proses adiabatis irreversibel.
Di dalam boiler, air yang bertekanan tinggi dipanaskan hingga menjadi uap panas lanjut, prosesnya adalah sebagai berikut:
Ekonomiser, air pertama-tama masuk ke ekonomiser. Ekonomier berfungsi sebagai pemanas awal. Sesuai namanya alat ini berfungsi untuk
meningkatkan efisiensi boiler dengan cara menggunakan panas sisa gas buang untuk memanaskan awal air yang masuk ke boiler.
Evaporator, dari ekonomiser, air masuk ke drum penampung air di
evaporator. Di dalam evaporator air dipanaskan melalui pipa-pipa evaporasi hingga berubah menjadi uap. Uap air yang keluar dari evaporator adalah uap jenuh.
Superheater, selanjutnya uap jenuh dari evaporator masuk ke superheater. Superheater adalah alat penukar kalor yang dirancang khusus untuk
memanaskan uap jenuh menjadi uap panas lanjut dengan menggunakan gas panas hasil pembakaran. Uap panas lanjut yang keluar dari superheater siap digunakan untuk memutar turbin uap.
Uap panas lanjut dari boiler kemudian dialirkan ke turbin uap melalui pipa – pipa uap. Di dalam turbin uap , uap panas lanjut diekspansikan dan digunakan untuk memutar rotor turbin uap. Proses ekspansi di dalam turbin uap berlangsung melalui beberapa tahap yaitu :
1. Proses ekspansi awal di dalam turbin tekanan tinggi (roda Curtis)
Uap panas lanjut yang bertekanan tinggi diekspansikan di nosel dan kemudian digunakan untuk memutar roda Curtis. Roda Curtis adalah turbin uap jenis turbin implus. Pada roda Curtis terjadi penurunan tekanan yang signifikan.
2. Proses ekspansi pada turbin tingkat menengah.
Turbin tingkat menengah menggunakan turbin jenis reaksi dan tersusun atas beberapa tingkat turbin.
3. Proses ekspansi tingkat akhir.
Pada tingkat akhir ini uap terus diekspansikan hingga tekanan sangat rendah (biasanya dibawah tekanan atmosfir ) dengan bantuan kondensor.
Putaran poros yang dihasilkan dari proses ekspansi uap panas lanjut di dalam turbin digunakan untuk memutar beban. Beban dapat berupa generator listrik seperti di PLTU atau propeler (baling-baling) untuk menggerak kapal.
Uap tekanan rendah dari turbin uap mengalir ke kondensor. Di dalam kondensor, uap didinginkan dengan media pendingin air hingga berubah fase menjadi air. Kemudian air ditampung di dalam tangki dan dipisahkan dari gas-gas yang tersisa dan siap untuk dipompa ke dalam boiler oleh pompa pengisi boiler. Proses ini terus berlanjut dan berulang membentuk sebuah siklus yang disebut siklus Rankine. Pada siklus Rankine ideal. Ke 4 alat dianggap bekerja pada kondisi Steady flow. Sehingga persamaan energi untuk kondisi steady flow dapat ditulis :
Beberapa proses yang berlangsung pada masing-masing alat adalah : Kerja pompa :
Dimana ν adalah volume spesifik yang besarnya Kalor masuk ke boiler :
Kerja yang dihasilkan turbin uap :
Kalor yang dibuang oleh kondensor :
Efisiensi thermal siklus Rankine ideal sederhana dapat dihitung :
Untuk menghitung kinerja siklus Rankine, diperlukan tabel sifat-sifat air dan uap air. Berikut ini tabel sifat-sifat air dan uap air.
IV. SIKLUS FLUIDA KERJA PADA TURBIN UAP
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.
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 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.
Tetapi didalam siklus terjadinya steam yang digunakan untuk memutar turbin pada semua pltu , dan untuk mendapatkan hasil yang seefisien
mungkin maka perlu ditambah peralatan – peralatan pendukung agar steam yang dihasilkan menjadi steam yang kwalitasnya baik.
V. SILABUS TURBIN UAP PADA PEMBANGKIT LISTRIK 1. MAIN TURBIN
2. TURBIN VALVE 3. FRONT STANDARD 4. TURNING GEAR
VI. URAIAN UMUM TURBIN UAP
Type turbin yang terpasang pada pembangkit listrik di Rembang adalah N300-16.7/537/537-8 ( combined casing ) dengan Manufaktur dari Dong – fang steam turbin factory. Dengan fitur turbin meliputi :
- Sub-critical
- Intermediate Reheating
- Double Casings with 2 Steam Exhaust - Condensate Type
Jenis trurbin yang tepasang adalah double casing dan dua exhaust , dimana posisi HP dan IP digabung jadi satu casing, tetapi karena tekanan dan temperature tinggi sehingga untuk posisi HP di design dengan double casing dan untuk IP dibuat simetris dan mersap dengan dua lapisan casing dimana fungsinya untuk mengurangi
termal stress pada casing, pada HP steam yang telah dipakai diproses kembali diboiler dan dialirkan ke IP turbin dan ke LP Turbin kearah depan dan belakang lalu terakir masuk ke condenser.
VII. BAGIAN – BAGIAN TURBIN a. CASING
Didalam structur turbin casing dibedakan menjadi 2 bagian yaitiu outer casing dan inner casing dimana:
Outer casing terdapat pada HIP sisi Upper dan Lower sedangkan untuk LP hanya sisi Upper , material yang dipakai harus mampu menahan tekanan dan temperature tinggi . kedua casing tersebut diikat dengan mengunakan baut dengan ukuran yang berbeda-beda. Inner casing terdapat pada HP dan LP sisi Upper dan Lower dengan material yang juga harus mampu
menahan tekanan dan temperature tinggi , kedua casing tersebut diikat dengan menggunakan baut dan juga ukurannya berbeda – beda.
b. ROTOR
Rotor adalah bagian terpenting dari suatu kontruksi turbin yang berputar , dimana fungsinya sebagai pengikat sudu –sudu turbin , pada sisi HIP terdapat 15 blade yaitu 9 stage pada HP dan 6 stage pada IP , pada HIP rotor juga terconect main oil pump yang posisinya pada unjung rotor HIP sisi depan , sedangkan sisi belakang terdapat Thrush dish / collar dan juga coupling flange . untuk LP rotor terdapat 2 x 6 stage ( stage ini lebih
dikenak sisi positif dan negative ) , pada ujung sisi belakang juga terconect reduzer gear yang fungsinya untuk fasilitas memutar rotor pada saat akan peroperasi , juga terconect coupling flange pada sisi depan dan belakang. c. NOZZLE
yang dilalui uap pertama kali masuk kedalam sudu turbin disebut Nozzle Box ,Nozzle / sudu tetap sendiri merupakan inner part turbin yang
fungsinya sebagai alat untuk mengarahkan , menampah tekanan uap untuk memutar sudu ( blade ) turbin , nozzle –nozzle ini terpasang pada casing sisi upper dan lower baik pada HIP maupun LP , sedangkan pada HP terpasang pada inner casing . sedangkan sedangkan yang tersentuh oleh uap didalam nozzle box disebut Fist stage ( Curtis) . untuk penempatan masing – masing nozzle , pada HP dimulai dari no 2 – 9, sedangkan no 1 nozzlenya ikut dengan nozzle box. Untuk IP penempatan masing
– masing nozzle terbagi menjadi 2 bagian yaitu nutuk nozzle no 1-3 terpasang pada blade carrier #1 sedanhgkan nozzle 4-6 terpasang pada blade carrier #2 hal ini dimaksudkan agar kebocoran uap dapat dikuarangi. d. WHEEL
Wheel merupakan kumpulan rangkaian sudu-sudu jalan yang terangkai padashaft rotor dan diikat dengan shroud dan dikunci dengan cougkling dan dibuatper segmet sesuai dengan design dari engineering pabrikan. e. GLAND LABYRITH
( steam ) antara rotor dengan stator ( wheele dengan wheele yang lainnya ) dimana posisi nya dekat dengan shaft rotor disebut Gland labyrinth.
f. RADIAL SPILL TRIP
Merupakan suatu inner part dari turbin yang fungsinya sebagai perapat uap ( steam ) antara rotor dengan stator ( wheele dengan wheele yang lainnya ) dimana posisi nya dekat dengan rotor disebut Radial spill trip dan diikat dengan baut pengikat agar kekakuan dari nozzle tersebut menjadi lebih baik.
g. BEARING
Bearaing merupakan suatu bagian inner part utama dari turbin yang
fungsinya sebagai support / daya lincir untuk shaft turbin dari gaya radial , type bearing yang terpasang pada unit ini adalah Tilting – pad bearing dan Elliptical bearing. Untuk type tilting – pad bearing terpasang pada posisi bearing no 1 dan no 2 ,
sedangkan untuk Elliptical bearing terpasang pada posisi bearing no 3 dan no 4.
h. OIL DEFLECTOR
Oil deflector merupakan bagian dari inner part yang terpasang pada sisi depan dan belakang dari bearing , yang fungsinya sebagai seal atau perapat agar pelumas ( oil ) tidak terjadi cross air pada saat pelumasan pada bearing beroperasi .
i. TRUSH BEARING
Trust bearing merupakan bagian dari bearing turbin yang fungsinya menahan gaya axial pada saat turbin beroperasi , posisi trust bearing ini berada diantara trust dish yaitu posisi aktif dan pasif ( self – positioning dan positioning ) trust bearing ini terdiri 11 segment , yaitu 11 segment posisi aktif ( positioning ) dan 11
segment posisi pasif ( self – positioning ) kemampuan daya dorong dari trust –pad minimum sebesar 121.8 kN sedang mampu menahan gaya dorong maximum sebesar 131.53 kN. Hal ini untuk mengantisipasi apabila terjadi ganguan yang mengakibatkan unit mati / trip.
j. TRUSH DISH / COOLAR
Trust dish adalah bagian dari turbin yang digunakan untuk tumpuan dari trust – pad , trust dish ini di design menyatu pada HIP rotor setelah shaft tumpuan bearing.
k. MAIN OIL PUMP
Main oil pump merupakan peralatan yang juga install pada HIP Shaft rotor yang diikat dengan baut , dan ditempatkan pada sisi depan turbin ( posisi pada front standard ) yang fungsinya sebagai pompa pelumas bearing.
VIII. TURBIN VALVE
Turbin valve dalam pembangkit merupakan bagian terpenting dalam perakitan / assembly turbin uap karena valve tersebut merupakan safety bagi turbin itu sendiri , karena masuknya kosumsi uap yang diperlukan bagi turbin diatur oleh valve.
Bagian – bagian valve yang terinstall di turbin antara lain : a. Main Stop Valve ( MSV )
Main stop valve merupakan valve utama yang fungsinya sebagai pemblockit uap yang akan masuk ke turbin setelah melalui proses di boiler , main stop valve yang terpasang ada 2 unit yaitu terpasang kanan dan kiri salah satu dari main stop valve pada stem dishnya didesign ada bypassnya yang fungsinya sebagai pemanas
awal bagi CV ( control valve ), cara kerja dari main stop valve ini closed-open.
b. Control Valve ( CV / Gavenur Valve )
Control Valve merupakan valve yang fungsinya sebagai pengontol jumlah kebutuhan uap yang akan masuk kedalam turbin , jumlah control valve yang terpasang sebanyak 4 buah dengan urutan nomer 1 – 3 – 4 – 2 , dimana line yang masuk no 1 dan 2 dipasang sisi atas ( upper ) sedangkan no 3 dan 4 dipasang sisi bawah
c. Combained Reheat valve ( CRV )
Combained reheat valve adalah combinasi antara MSV dan CV dimana susunan kontruksi dari CRV terdapat dua funsi yaitu IV = intersave valve dan RSV = reheat stop valve yang fungsinya sama dengan Main stop valve dan control valve dimana untuk CRV , RSV = full open sedangkan IV = sebagai gavenor valvenya.
IX. FRONT STANDARD
Front Standard Merupakan bagian utama dari rangkaian turbin uap dimana didalam ya terdapat rangkaian peralatan – peralatan pendukung dalam tercapainya fungsi turbin uap menjadi lebih baik dan handal , peralatan didalam front standart antara lain :
a. Main Oil Pump b. Speed Control c. Mechanical Trip
d. Tumpuan / Support bagi Bearing Turbin No 1
Pada front standart tertup karena peralatan yang ada didalamnya banyak yang mengunakan media oil untuk proses operasinya sehingga untuk menjaga agar fungsi dari oil tidak berubah .
X. TURNING GEAR
Fungsi dari Turning gear adalah perangkat Turbin Uap yang berfungsi untuk memutar rotor Turbin Generator pada putaran rendah ( 5 – 10 rpm ) yang funsinya untuk menjamin pemanasan / pendinginan rotor yang
merata sehingga menggurangi kemungkinan terjadinya bengkok pada rotor. Selain itu turning Gear juga mempunyai funsi lain yaitu memberikan gerak awal pada saat turbin akan di start sehingga dapat mengurangi gesekan statis pada bantalan ( Bearing Turbin – Generator ) Pada
umumnya turning gear dipasang pada turbin diantara turbin low pressure ( LP ) dengan Generator. Turning gear sendiri terdiri dari gear-gear ( roda gigi ) yang tersusun / terangkai dan digerakan oleh motor listrik dan salah satu rangkaian roda gigi dihubungkan dengan roda gigi yang terpasang pada rotor ( poros turbin ). Pada saat roda gigi turning gear terhubung dengan roda gigi poros turbin disebut “ ENGAGE “ Apabila kondisi engage,
maka bila motor turning gear berputar , rotor turbin generator akan
berputar.dengan putaran rendah. Bila uap ( steam ) sudah masuk ke turbin dan mendorong sudu – sudu turbin dan putaran turbin mulai meninggakat maka turning gear yang engage dengan roda gigi poros turbin generator akan terlepas. Jadi roda gigi turning gear tidak lagi terhubung lagi dengan roda gigi pada poros turbin . Kondisi seperti ini disebut “ DISENGAGE”. XI. JACKING OIL
Funsi dari Jacking oil adalah menggangkat poros turbin pada saat turbin akan operasi ( start ) maupun kondisi turbin shut down . Line discharge pada jacking oil terkonect pada bearing no 3 dan 4 pada sisi LP turbin
dan bearing no 4 dan 5 sisi Generator. Fungsi yang lain yaitu menjaga agar kondisi bearing tidak terjadi gesekan statis yang berlebihan antara poros turbin dengan babit bearing. Presuure yang diagunakan untuk dapat mengangkat poros turbin berkisar antara 12– 14 Mpa.
2.3Cara Kerja Turbin Uap
Secara singkat cara 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.
Keuntungan turbin uap jika dibandingkan dengan mesin uap
Ada beberapa keuntungan turbin uapa jika dibandingkan dengan mesin uap, yaitu sebagai berikut.
1.) Peralatan pada turbin tidak banyak ragamnya/lebih sederhana 2.) Gerak yang dihasilkan lebih tenang karena hanya gerak putar saja. 3.) Gerakan putarnya secara langsung tanpa perantara
4.) Torsi yang dihasilkan pada porsi lebih besar. 5.) Tidak ada kerugian gesek pada rotasinya.
6.) Dibandingkan denga mesain uap yang horizontal, maka turbin uap tidak memerlukan pondasi yang begitu besar.
7.) Dari ukuran turbin uap sama dengan mesin uap, maka turbin uapa memeperoleh daya yang lebih besar.
8.) Akibat banyak timbul gerak putar saja, maka getaran yang ditimbulkan lebih kecil dari pada mesin uap.
Kerugian turbin uap jika dibandingkan dengan mesin uap
1.) Untuk mengekspansikan uap dibutuhkan peralatan yang khusus yaitu pipa pemancar
2.) Pipa pemancar memerlukan perencanaan yang sangat teliti
3.) Karena uap yang di pake untuk mendorong sudu jalan, padahal sudu jalan hanya merupaklan kepingan yang terbuka, sehingga diperlukan rumah turbin yang sangat rapat dan kuat, sehingga tidak timbul kebocoran uap sedangkan pada mesin uap hal tersebut di atas tidak memerlukan perhatian yang sangat penting.
2.4 Klasifikasi Turbin Uap
Turbin Uap dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori yang berbeda berdasarkan pada konstruksinya, prinsip kerjanya dan menurut peoses penurunan tekanan uap sebagai berikut:
2.4.1 Klasifikasi Turbin berdasarkan Prinsip Kerjanya 1.Turbin Impulse
Turbin ini merubah arah dari aliran fluida berkecepatan tinggi menghasilkan putaran impuls dari turbin dan penurunan energi kinetik dari aliran fluida. Tidak ada perubahan tekanan yang terjadi pada fluida, penurunan tekanan terjadi di nozzle.
Ciri-ciri dari turbin impuls antara lain:
Proses pengembangan uap / penurunan tekanan seluruhnya terjadi pada sudu diam / nosel.
Gambar 7. Prinsip Kerja Turbin Impuls
2. Turbin Reaksi
Turbin ini menghasilkan torsi dengan menggunakan tekanan atau massa gas atau fluida. Tekanan dari fluida berubah pada saat melewati sudu rotor. Pada turbin jenis ini diperlukan semacam sudu pada casing untuk mengontrol fluida kerja seperti yang bekerja pada turbin tipe multistage atau turbin ini harus terendam penuh pada fluida kerja (seperti pada kincir angin).
Ciri-ciri turbin ini adalah :
Penurunan tekanan uap sebagian terjadi di Nosel dan Sudu Gerak
Adanya perbedaan tekanan didalam turbin sehingga disebut Tekanan Bertingkat.
Gambar 9. Perbandingan Turbin Impuls dan Turbin Reaksi
2.4.2 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.
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.
2.4.3 Klasifikasi turbin berdasarkan Proses Penurunan Tekanan Uap Ø Turbin Kondensasi.
Tekanan keluar turbin kurang dari 1 atm dan dimasukkan kedalam kompresor.
Ø Turbin Tekanan Lawan.
Apabila tekanan sisi keluar turbin masih besar dari 1 atm sehingga masih dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin lain.
Ø Turbin Ekstraksi.
Didalam turbin ini sebagian uap dalam turbin diekstraksi untuk roses pemanasan lain, misalnya proses industri.
Tentukan efisiensi sebuah sistem turbin uap dgn kondisi aliran sebagai berikut: uap masuk turbin : saturated steam P2 = 2000 kPa
uap masuk kondenser : P3 = 7,5 kPa.
air keluar kondenser : air jenuh P4 = 7,5 kPa air masuk boiler: P1 = 2000 kPa
Perhitungan dimulai dengan penentuan nilai h, s di setiap titik. (1) Titik 2, uap jenuh: P2 = 2000 kPa dan T2 = 212,4 oC
h2 = 2799,5 kJ/kg (dari steam table) s2 = 6,3409 kJ/(kg.K) (dari steam table)
(2) Titik 3, adalah uap hasil ekspansi yang akan masuk kondenser P3 = 7,5 kPa (diketahui)
s3 = s2 = 6,3409 kJ/(kg.K) (2 - 3 dianggap ekspansi isentropik) Titik 3 merupakan campuran cair-jenuh dan uap-jenuh.
Data kondisi jenuh dari steam table:
entalpi, kJ/kg entropi, kJ/ (kg.K) cair jenuh (A) 168,79 0,5764 uap jenuh (B) 2574,8 8,2515
Entropi titik 3 (campuran cair-uap):
s3 = 6,3409 = x.sA + (1 - x).sB x = 0,2489 x = fraksi cairan dalam aliran keluar turbin
Entalpi titik 3:
(3)Kerja pompa (persamaan mekanika fluida): wp = v . (P1 – P4)
dengan: P1 = 2000 kPa; tekanan aliran keluar pompa dan masuk boiler P4 = 7,5 kPa; tekanan aliran masuk pompa, dari kondensor
v1 = v2 = 1,008.10-3 m3/kg (dari steam table); volum spesifik air dianggap konstan wp = 1,008.10-3 . (2000 – 7,5) = 2 kJ/kg
(4) Titik 1 adalah cairan dingin (subcooled water dengan T1 < Tdidih). Entalpi h1 ditentukan dari neraca energi proses pemompaan 4 – 1:
h1 - h4 = wp
h1 = h4 + wp = 168,79 + 2 = 170,79 kJ/kg
Sampai disini, semua data termodinamika air dan uap telah lengkap. Selanjutnya perhitungan kerja dan panas.
(5) Kerja yang dihasilkan turbin (2 - 3):
w = h3 - h2 = 1975,9 – 2799,5 = - 823,6 kJ/kg (keluar)
(6) Kerja neto = kerja hasil ekspansi di turbin - kerja untuk pompa wnet = 2 - 823,6 = - 821,6 kJ/kg
(7) Panas yang diserap (1 – 2):
qin = h2 - h1 = 2799,5 – 170,79 = 2628,71 kJ/kg (8) Efisiensi siklus Rankine:
31,3% 100% x 2628,71 821,6 masuk panas neto kerja
BAB III. PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat kami ambil dari hasil penyusunan makalah ini adalah sebagai berikut :
1. Dalam kehidupan sehari-hari turbin uap telah digunakan untuk melakukan suatu pekerjaan khususnya dibidang industri.
2. Untuk menggunakan turbin uap dengan baik dan benar, maka kita harus mengetahui cara kerja dari turbin uap tersebut, agar kesalahan yang mungkin terjadi bias diminimalisir.
3. Turbin uap dapat diklasifikaasikan menjadi berbagai macam yaitu menurut prinsip kerjanya, menurut penurunan tekanan dalam turbin dan menurut penurunan tekanan uap.
4. Turbin uap harus digunakan sesuai dengan kegunaan turbin tersebut, dan tidak untuk digunakan yang tidak sesuai penggunaannya.
