Mesin Konversi Energi

Instalasi Ketel & turbin uapMesin Konversi Energi

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESINUNIVERSITAS ISLAM RIAU2014Instalasi Ketel dan turbin Uap

Ketel uap yaitusebuah bejana yang tertutup yang dapat membentuk uap dengan tekanan lebih besar dari 1 atmosfir

Di dalam pembagian mesin-mesin pembakaran pada umumnya, instalasi uap adalah termasuk mesin pembakaran luar ( External Combustion Engine )

Turbin uapmerupakan suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial uap menjadienergikinetikdan selanjutnya diubah menjadi energi mekanis dalam bentuk putaran poros turbin

Umumnya PLTU menggunakan turbin uap tipe multistage, yakni turbin uap yang terdiri atas lebih dari 1 stage turbin (Turbin High Pressure, Intermediate Pressure, dan Low Pressure).Klasifikasi Instalasi Ketel dan turbin UapKLASIFIKASI KETEL UAPBERDASARKAN FLUIDA YANG MENGALIR DALAM PIPA

Ketel Pipa Api ( fire tube boiler )Ketel Pipa Air ( water tube boiler )

BERDASARKAN PEMAKAIAN

Ketel Stasioner ( stasionary boiler ) / ketel tetap Ketel Mobil ( mobile boiler ) / ketel pindah

BERDASARKAN LETAK DAPUR

Ketel Dengan Pembakaran Di Dalam Ketel Dengan Pembakaran Di luar

4Berdasarkan Fluida Yang Mengalir Dalam pipa

Ketel Pipa Api ( fire tube boiler )

Ketel Pipa Air ( water tube boiler )

Berdasarkan PemakaianKetel Stasioner ( stasionary boiler ) / ketel tetap Ketel Mobil ( mobile boiler ) / ketel pindah

Berdasarkan Letak DapurKetel Dengan Pembakaran Di Dalam

Ketel Dengan Pembakaran Di luar

KLASIFIKASI TURBIN UAPBERDASARKAN TINGKAT TEKANAN

Turbin satu tingkat dengan satu atau lebih tingkat kecepatan yang biasaya berkapasitas kecilTurbin impuls dan reaksi bertingkat

BERDASARKAN ARAH ALIRAN KHUSUS

Turbine aksialTurbine Radial Turbine tangensial

BERDASARKAN JUMLAH SILINDER

Turbin silinder-tunggal;Turbin silinder-ganda;Turbin empat silinder;Turbin tiga-silinder, dan

8Komponen Instalasi Ketel dan Turbin UapKompoNenKetel uap

1.Ruang Pembakaran (Furnace)Furnaceadalah dapur sebagai penerima panas bahan bakar untuk pembakaran, 2.Drum Air dan Drum UapDrum airterletak pada bagian bawah yang berisi dari tangki kondensat yang dipanaskan dalam daerator, 3.Pemanas Lanjut (Super Heater)Super heateradalah bagian-bagian ketel yang berfungsi sebagai pemanas uap, darisaturated steam(250C) menjadisuper heated steam(360C).4.Air HeaterAir heateradalah alat pemanas udara penghembus bahan bakar.5.Dust CollectorDust collectoradalah alat pengumpul abu atau penangkap abu pada sepanjang aliran gas pembakaran bahan bakar sampai kepada gas buang.6.Soot blowerSoot bloweradalah alat yang berfungsi sebagai pembersih jelaga atau abu yang menempel pada pipa-pipa.KompoNenKetel uap

KompoNenTurbin uap

1. PorosBerfungsi sebagai komponen utama tempat dipasangnya cakram-cakram sepanjang sumbu.2. Sudu turbin atau deretan suduBerfungsi sebagai alat yang menerima gaya dari energi kinetik uap melalui nosel.3. CakramBerfungsi sebagai tempat sudu-sudu dipasang secara radial pada poros.4. NoselBerfungsi sebagai media ekspansi uap yang merubah energi potensial menjadi energi kinetik.5. Bantalan (bearing)Merupakan bagian yang berfungsi uuntuk menyokong kedua ujung poros dan banyak menerima beban.6. Perapat (seal)Berfungsi untuk mencegah kebocoran uap, perapatan ini terpasang mengelilingi porosKompoNenTurbin uap

Cara Kerja Instalasi Ketel dan Turbin Uap

CARA KERJAKetel uap

CARA KERJATURBIN UAP

Gambar Instalasi Ketel dan Turbin Uap

Animasi Instalasi Ketel dan Turbin Uap

Siklus Ideal Instalasi Ketel dan Turbin UapSiklus Rankine merupakan siklus tenaga uap paling sederhana yang merupakan modifikasi dari siklus Carnot

Siklus termodinamika dari siklus rangkine digambarkan pada diagram T-S sebagaimana ditunjukkan pada gambar di atas yang terdiri dari proses :

1-2 Proses pemompaan fluida dengan sifat adiabatic reversible yang terjadi di pompa2-3 Proses perpindahan panas pada tekanan konstan yang terjadi di boiler3-4 Proses ekspansi reversible adiabatis yang terjadi di turbin.4-1 Proses pemindahan panas dengan tekanan konstan yang terjadi di kondensor

Keterangan Proses Rankine

Contoh Soal 1:

Tentukan efisiensi dari siklus rankine pada siklus uap dengan tekanan kondensor 10 Kpa. Tekanan uap keluar boiler ialah 2 Mpa. Uap keluar dari boiler sebagai uap jenuh.

Penyelesaian.Mengacu pada gambar 2.1 dan 2.2, sebagai bantuan pemecahan soal

Kondisi 1.Pada kondisi ini, fluida kerja diaasumsikan sebagai kondisi cair jenuh. Karenanya kita dapat mengetahui sifat termodinamika pada kondisi 1.P1 = 10 Kpa (parameter diketahui dari soal)v1 = 0,00101 m3/kg (Kondisi uap jenuh ; tabel tekanan)h1 = 191,8 Kj/Kg (Kondisi uap jenuh ; tabel tekanan)

Kondisi 2.Dalam kondisi ini, tekanan kerja dari fluida kerja telah meningkat dan fluida kerja mengalami perubahan fasa dari kondisi cair jenuh menjadi kondisi cair. Hal ini dapat dilakukan dengan memompa fluida kerja sebelum fluida tersebut masuk ke boiler. Dikarenakan fluida kerja tidak dalam kondisi jenuh, maka kita dapat mengetahui sifat termodinamik dari fluida kerja daengan menggunakan persamaan pada tabel 2.1P2 = 2 Mpa (Parameter diketahui dari soal)v1 = v2 = 0,00101 m3/kg (Karena pada kondisi ini fluida kerja memiliki volume spesifik yang tidak berubah dari kondisi cair jenuh menjadi kondisi cair).

Enthalpi dari fluida kerja tidak dapat langsung diperoleh dari tabel uap jenuh. Kita dapat memperoleh entalphy dengan menggunakan bantuan hukum I thermodinamika untuk proses pemompaan. Kerja pompa dinyatakan dengan :

Wp = v (P2-P1) Wp = h2 + h1= 0,00101 (2000 10) h2 = Wp + h1= 2,0 Kj/Kg =2,0 + 191,8 = 193,8 Kj/KgKondisi 3.Pada kondisi ini, fluida kerja telah dipanaskan dalam ketel hingga mencapai kondisi uap jenuh. Karena uap berada dalam kondisi jenuh, maka kita dapat mengetahui sifat termodinamik dari fluida kerja dalam tabel termodinamika untuk sifat uap.P3 = 2 Mpa (Parameter diketahui dari soal)s3 = 6,3409 Kj/KgOK (kondisi uap jenuh ; didapat dari tabel uap air)h3 = 2799,5 Kj/Kg (kondisi uap jenuh ; didapat dari tabel uap air)

Perlu diketahui, bahwa adalah penting untuk memperoleh harga entropy dari fluida kerja pada kondisi ini. Hal ini dikarenakan jika kita memperhatikan ke proses selanjutnya, fluida kerja tersebut akan diekspansikan ke turbine dan akan berubah sifat dari uap jenuh menjadi uap campuran (uap dan cairan). Sehingga kita tidak dapat mengetahui sifat termodinamika dari fluida kerja dalam tabel uap. Kita akan menggunakan persamaan yang terdapat pada tabel 2.1 . Kita juga akan memerlukan harga dari kualitas (fraksi) dari fluida kerja sebelum kita dapat menggunakan persamaan yang terdapat pada tabel 2.1. Kita dapat memperoleh kualitas dari fluida kerja pada kondisi 4 dengan menentukan besarnya entropi terlebih dahulu. Proses yang terjadi pada turbin ialah proses ekspansi adiabatik reversible, sehingga entropy dari kondisi 4 sama dengan entropi fluida kerja pada kondisi 3.Kondisi 4.P4 = 10 Kpa (Parameter diketahui dari soal; tekanan kondensor)s4 =s3 = 6,3409 Kj/KgOK (Ekspansi Adiabatik reversible di turbin)sf4 = 0, 6493 Kj/KgOK (Kondisi Uap Jenuh : didapat dari tabel uap air)sfg4 = 7, 5009 Kj/KgOK (Kondisi Uap Jenuh : didapat dari tabel uap air)hf4 = 191, 8 Kj/KgOK (Kondisi Uap Jenuh : didapat dari tabel uap air)hfg4 = 2392.8 Kj/KgOK (Kondisi Uap Jenuh : didapat dari tabel uap air)

Kualitas uap pada kondisi 4 dapat dihitung menurut persamaan berikut :

s4 = sf4 + x sfg46,3409 = 0, 6493 + x (7, 5009)x = 0,7588Enthalpi dari uap pada kondisi 4 dapat dihitung denganpersamaan berikut :

h4 = hf4 + x hfg4h4 = 191, 8 + (0,7588)( 2392,8)= 2007,5 Kj/Kg

Panas yang dipindahkan oleh boiler sebesar :

qi = h3 - h2= 2799,5 193,8= 2605,7 Kj/Kg

Panas yang diserap oleh Kondensor sebesar :

qo = h4 - h1= 2007,5 191,8= 1815,7 Kj/Kg

Kerja turbine sebesar :wt = h3 - h4= 2799,5 2007,5= 792 Kj/Kg

Thank yauSemoga Bermanfaat