MAKALAH

TURBIN UAP, AIR DAN ANGIN

TURBIN UAP DAN TURBIN GAS

Dosen: Ir. Hary Wibowo, MT

Disusun Oleh :

1. I Made Budi Sastrawijaya (07.03.3556)

2. Charles Turnip (07.03.3520)

3. Hemawin (07.03.3528)

4. Deni (07.03.3558)

5. Yohanes Jawa (06.03.3421)

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND

YOGYAKARTA

2010

1

DAFTAR ISI

BAB I PENDAHULUAN 3

BAB II PEMBAHASAN 4

II.1 TURBIN UAP 4

A. Prinsip Kerja Sistem Turbin Uap 4

B. Klasifikasi Turbin Uap 5

C. Siklus Turbin Uap 5

D. Aplikasi dari turbin Uap 6

II.2 TURBIN GAS 7

A. Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas 8

B. Klasifikasi Turbin Gas 9

C. Siklus Turbin Gas 10

D. Aplikasi dari turbin gas 10

BAB III KESIMPULAN 12

DAFTAR PUSTAKA

2

BAB I

PENDAHULUAN

Turbin adalah mesin penggerak, dimana energy fluida kerja dipergunakan

langsung untuk memutar roda turbin. Jadi, berbeda dengan yang terjadi dengan mesin torak,

pada turbin tidak terdapat bagian mesin yang bergerak translasi. Bagian turbin yang berputar

dinamai rotor atau roda turbin., sedangkan bagian yang tidak berputar dinamai stator atau

rumah turbin. Roda turbin terletak di dalam rumah turbin dan roda turbin memutar poros

daya yang menggerakkan atau memutar bebannya (generator listrik, pompa, kompresor,

baling-baling atau mesin lainnya). Di dalam turbin, fluida kerja mengalami proses ekspansi,

yaitu proses penurunan tekanan dan mengalir secara kontinu. Kerja fluida dapat berupa air,

uap air, atau gas.

Secara umum, sistem turbin terdiri dari beberapa komponen, antara lain:

kompresor, pompa, ketel uap (boiler), ruang bakar, kondensor dan turbin. Turbin banyak di

manfatkan untuk pembangkit listrik, pesawat terbang, di dalam industry, dan lain-lain. Di

dalam makalah ini, akan di bahas khusus pada turbin uap dan turbin gas baik dalam siklus,

klasifikasi, komponen-komponen yang ada, dan prinsip kerja dari turbin tersebut serta

aplikasi turbin yang akan di gunakan.

3

BAB II

PEMBAHASAN

II.1 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.

A. Prinsip Kerja Sistem Turbin Uap

Turbin uap merupakan salah satu jenis mesin yang menggunakan metode

external combustion engine (mesin pembakaran luar). Pemanasan fluida kerja (uap)

dilakukan di luar sistem. 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

4

mungkin. Dengan demikian effisiensi turbin menjadi lebih tinggi karena

kehilangan energi relatif kecil.

B. Klasifikasi Turbin Uap

Turbin uap dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

a. Menurut arah aliran uap

Turbin aksial: Fluida kerja mengalir dalam arah yang sejajar terhadap sumbu

turbin

Turbin radial: Fluida kerja mengalir dalam arah yang tegak lurus terhadap

sumbu turbin.

b. Menurut prinsip aksi uap

Turbin impuls: Energi potensial uap diubah menjadi energi kinetik di dalam

nosel.

Turbin reaksi: Ekspansi uap terjadi pada sudu pengarah dan sudu gerak.

c. Menurut pemakaiannya di bidang industri

Turbin stasioner dengan putaran yang konstan yang dipakai terutama untuk

generator.

Turbin stasioner dengan putaran yang bervariasi dipakai untuk mengerakkan

blower turbo, pompa, dan lain-lain.

Turbin tidak stasioner dengan putaran yang bervariasi, biasa digunakan pada

kapal dan lokomotif uap.

C. Siklus turbin uap

Siklus ideal yang terjadi didalam turbin adalah siklus Renkine. Siklus Rankine adalah

siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja. Panas disuplai secara

eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya menggunakan air sebagai fluida yang

bergerak.

5

Gambar. 1.1 sistem turbin uap sederhana

Gambar. 1.2 diagram T-s

Siklus rankine terdiri dari beberapa proses antara lain:

Proses 1-2: Proses pemompaan isentropik, didalam pompa

Proses 2-2’-3: Proses pemasukan kalor atau pemanasan pada tekanan konstan, di dalam

ketel

Proses 3-4: Proses ekspansi isentropik di dalam turbin

Proses 4-1: Proses pengeluaran kalor dalam kondensor

D. Aplikasi turbin uap

Salah satu contoh aplikasi turbin gas yang di gunakan adalah Pembangkit Listrik

Tenaga Uap (PLTU). Dalam PLTU, energi primer yang dikonversikan menjadi energi

listrik adalah bahan bakar. Baban bakar yang digunakan dapat berupa batubara (padat),

6

minyak (cair), atau gas. Ada kalanya PLTU menggunakan kombinasi beberapa macam

bahan bakar. Konversi energi tingkat pertama yang berlangsung dalam PLTU adalah

konversi energi primer menjadi energi panas (kalor). Hal ini dilakukan dalam ruang bakar

dari ketel uap PLTU. Energi panas ini kemudian dipindahkan ke dalam air yang ada

dalam pipa ketel untuk menghasilkan uap yang dikumpulkan dalam drum dari ketel. Uap

dari drum ketel dialirkan ke turbin uap. Dalam turbin uap, energi uap dikonversikan

menjadi energi mekanis penggerak generator, dan akhirnya energi mekanik dari turbin

uap ini dikonversikan menjadi energi listrik oleh generator. Secara skematis, proses

tersebut di atas digambarkan oleh Gambar.

Gambar.1.3 Prinsip kerja PLTU

II.1 TURBIN GAS

Turbin gas adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk

memutar turbin dengan pembakaran internal. Didalam turbin gas energi kinetik

dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda

turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari

tiga komponen yaitu:

1. Kompresor (Compressor)

Berfungsi untuk menaikkan tekanan udara yang masuk

7

2. Ruang bakar (Combustion Area)

Berfungsi untuk membakar bahan bakar yang masuk dan menghasilkan tekanan

yang sangat tinggi begitu pula dengan kecepatannya.

3. Turbin (Turbine)

Berfungsi untuk Mengkonversi energi dari gas dengan tekanan dan kecepatan yang

tinggi hasil dari combustion area menjadi energi mekanik berupa rotasi poros

turbin.

A. Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas

Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet).

Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga

temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang

bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan

udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam

keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan

temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel

yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang

dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan

memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas

tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust).

Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut:

1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan

2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar

dengan udara kemudian di bakar.

3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar

melalui nozel (nozzle).

4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran

pembuangan.

8

Gambar.2.1 Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas

Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugian-

kerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan

berakibat pada menurunnya performa turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut

dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian

antara lain:

Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure

losses) di ruang bakar.

Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya

gesekan antara bantalan turbin dengan angin.

Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan

perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.

B. Klasifikasi Turbin Gas

Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan

lainnya. Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari:

a. Turbin gas siklus tertutup (Close cycle): akhir ekspansi fluida kerjanya

didinginkan untuk kembali ke dalam proses awal.

b. Turbin gas siklus terbuka (Open cycle): akhir ekspansi fluida kerjanya

langsung dibuang ke udara atmosfir

Dalam industri turbin gas umumnya diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu :

1. Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)

Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang

menghasilkan energi listrik untuk keperluan proses di industri.

2. Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)

Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin

bertekanan tinggi dan turbin bertekanan rendah, dimana turbin gas ini 9

digunakan untuk menggerakkan beban yang berubah seperti kompresor pada

unit proses.

C. Siklus Turbin Gas

Siklus brayton merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin gas,

sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbine

atau manufacturer dalam analisa untuk performance upgrading. Siklus Brayton ini

terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada

tekanan konstan. Pada siklus Bryton tiap-tiap keadaan proses dapat dianalisa secara

berikut:

Gambar.2.2 sistem turbin gas, diagram P-v, diagram T-s

Siklus Brayton terdiri dari proses:

Proses 1-2: proses kompresi isentropik di dalam kompresor.

Proses 2-3: proses pemasukan bahan bakar pada tekanan konstan di dalam ruang

bakar atau alat pemindah kalor (pemanas).

Proses 3-4: proses ekspansi isentropik didalam turbin.

Proses 4-1: proses pembuangan kalor pada tekanan konstan dalam alat pemindah

kalor.

D. Aplikasi dari turbin gas

Salah satu contoh aplikasi turbin gas yang di gunakan adalah Pembangkit

Listrik Tenaga Gas (PLTG). Gambar menunjukkan prinsip kerja PLTG. Udara

masuk ke kompresor untuk dinaikkan tekanannya, kemudian udara tersebut dialirkan

ke ruang bakar. Dalam ruang bakar, udara bertekanan ini dicampur dengan bahan

bakar dan dibakar. Apabila digunakan bahan bakar gas (BBG), maka gas dapat

10

langsung dicampur dengan udara untuk dibakar, tetapi apabila digunakan bahan

bakar minyak (BBM), maka BBM ini harus dijadikan kabut terlebih dahulu

kemudian baru dicampur dengan udara untuk dibakar. Teknik mencampur bahan

bakar dengan udara dalam ruang bakar sangat mempengaruhi efisiensi pembakaran.

Pembakaran bahan bakar dalam ruang bakar menghasilkan gas bersuhu tinggi. Gas

hasil pembakaran ini kemudian dialirkan menuju turbin untuk disemprotkan kepada

sudu-sudu turbin sehingga energi (enthalpy) gas ini dikonversikan menjadi energi

mekanik dalam turbin penggerak generator (dan kompresor udara) dan akhirnya

generator menghasilkan tenaga listrik.

Gambar.2.3 Prinsip Kerja Unit Pembangkit Turbin Gas

11

BAB III

KESIMPULAN

Dari kesimpulan yang telah d bahas, sehingga dapat di simpulkan bahwa

Turbin adalah mesin penggerak, dimana energy fluida kerja dipergunakan langsung untuk

memutar roda turbin. Jadi, berbeda dengan yang terjadi dengan mesin torak, pada turbin tidak

terdapat bagian mesin yang bergerak translasi. Bagian turbin yang berputar dinamai rotor

atau roda turbin., sedangkan bagian yang tidak berputar dinamai stator atau rumah turbin.

Secara umum, sistem turbin terdiri dari beberapa komponen, antara lain: kompresor, pompa,

ketel uap (boiler), ruang bakar, kondensor dan turbin.

Untuk 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. Siklus ideal yang terjadi

didalam turbin adalah siklus Renkine. Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang

mengubah panas menjadi kerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang

biasanya menggunakan air sebagai fluida yang bergerak.

Sedangkan Turbin gas adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida

untuk memutar turbin dengan pembakaran internal. Didalam turbin gas energi kinetik

dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda turbin

sehingga menghasilkan daya. Siklus brayton merupakan siklus daya termodinamika ideal

untuk turbin gas, sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat

mesin turbine atau manufacturer dalam analisa untuk performance upgrading. Siklus

Brayton ini terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan

panas pada tekanan konstan.

12

DAFTAR PUSTAKA

1. Wiranto Arismunandar, 1988 Penggerak Mula Turbin, ITB Bandung

2. Suwachid, 2006 Ilmu Turbin, LPP UNS Surakarta

3. Gas Turbine Engine (Part 1), Inra Sumahamijaya on 07/02/09,

http://majarimagazine.com

4. Gas Turbine Engine (Part 2), Inra Sumahamijaya on 07/02/09,

http://majarimagazine.com

5. Turbin Uap, Rider System October 2009, http://www.rider-system.net

13