TURBIN UAP

Turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah energy potensial uap menjadi energy kinetic dan energy genetic ini selanjutnya diubah menjadi energy mekanis dalam bentuk putaran poros turbin.Poros turbin, langsung atau dengan bantuan roda gigi reduksi, dihubungkan dengan mekanisme yang digerakkan.Tergantung pada jenis mekanisme yang digerakkan, turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang industry, untuk pembangkit tenaga listrik, dan untuk tasportasi.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.

Gambar skema dasar turbin uap

1.1. Landasan Teori

1.1.1. Bagian-bagian Turbin UapSecara umum komponen-komponen utama dari sebuah turbin uap adalah : Nosel, sebagai media ekspansi uap yang merubah energy potensial menjadi energi kinetik. Sudu, alat yang menerima gaya dari energi kinetik uap melalui nosel. Cakram, tempat sudu-sudu dipasang secara radial pada poros. Poros, sebagai komponen utama tempat dipasangnya cakram-cakram sepanjang sumbu. Bantalan, bagian yang berfungsi uuntuk menyokong kedua ujung poros dan banyak menerima beban. Kopling, sebagai penghubung antara mekanisme turbin uap dengan mekanisme yang digerakkan.

1.2. Jenis-jenis Turbin Uap

Berdasarkan Tekanan Uap yang digunakan untuk menggerakkan roda jalan turbin melalui sudu, maka Turbin Uap dibagi menjadi:1. Turbin Impuls, disebut juga turbin aksi atau turbin tekanan tetap, dimana uap mengalami ekspansi hanya pada nosel saja, sehingga tekanan uap sebelum dan sesudah sudu adalah tetap.2. Turbine Reaksi atau turbin tekanan berubah, dimana uap mengalami ekspansi baik di dalam nozel maupun melalui sudu-sudu turbin, sehingga tekanan uap sesudah keluar dari tiap tingkat sudu lebih rendah dari sebelumnya

Berdasarkan arah aliran uap di dalam turbin maka turbin uap dapat dibedakan menjadi:1. Turbin Aksial, yaitu turbin yang arah uap di dalamnya dapat diuraikan menjadi komponen aksial dan tangensial Contoh: Turbin Parsons, Turbin Curtis.2. Turbin Radial, yaiu turbin yang arah aliran uap di dalamnya dapat diuraikan menjadi komponen radial dan tangensial Contoh: Turbin Ljungstrom

Berdasarkan Tekanan uap keluar Turbin, Turbin Uap dapat di bedakan menjadi atau proses penurunan kalor:1. Turbin Kondensasi (Condensing Turbine) Yaitu: Turbin yang saluran keluarnya dihubungkan dengan kondensor, sehingga tekanan uap pada saluran keluar mendekati Vakum.2. Turbin Tekanan lawan (Back pressure urbine) yaitu: Turbin yang tekanan uap keluarnya masih di atas 1 atmosfer, sehingga uap bekas masih bias digunakan untuk maksud-maksud lain, misalnya untuk perebusan atau pemanasan3. Turbin tumpang yaitu jenis turbin tekanan lawan dengan perbedaan bahwa uap buang dari turbin ini lebih lanjut masih dipakai untuk turbin-turbin kondensasi tekanan menengah dan rendah.4. Turbin tekanan rendah (tekanan Buang) yang uap buang dari mesin-mesin uap, palu uap, mesin tekan dan lain-lain, dipakai untuk keperluan pembangkit tenaga listrik.5. Turbin tekanan campur dengan dua atau tiga tingkat-tekanan, dengan suplai uap buang ketingkat-tingkat menengahnya

INSTALASI TURBIN.Turbin harus ditempatkan pada pondasi semen yang benar-benar datar pada ketinggian yang sesuai, lebih tinggi dari sekitarnya (kira-kira 30 cm).Baut-baut harus dikunci kedasar turbin dan dicor dengan semen sehingga keseluruhan turbin benar-benar kuat dan datar.Direkomendasikan jarak antara turbin dengan turbin ataupun dengan dinding minimal 1,5 m. Hal ini bertujuan untuk kemudahan operasi dan maintenance maupun reparasi.Komponen Instalasi Turbin Uap1. Pompa Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan suatu cairan dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan cairan tersebut. Kenaikan tekanan cairan tersebut digunakan untuk mengatasi hambatan-hambatan pengaliran.Hambatan-hambatan pengaliran itu dapat berupa perbedaan tekanan, perbedaan ketinggian atau hambatan gesek.Zat cair tersebut contohnya adalah air, oli atau minyak pelumas, serta fluida lainnya yang tak mampu mampat. Industri-industri banyak. menggunakan pompa sebagai salah satu peralatan bantu yang penting untuk proses produksi. Sebagai contoh pada pembangkit listrik tenaga uap, pompa digunakan untuk menyuplai air umpan ke boiler atau membantu sirkulasi air yang akan diuapkan di boiler.Pompa juga merupakan alat mesin konversi energi, tetapi mesin ini banyak diaplikasikan sebagai alat bantu proses konversi. Sebagai contoh pompa banyak dipakai sebagai alat sirkulasi air pada instalasi pembangkit tenaga uap.Pompa bekerja dengan penggerak dari luar.Jadi mesin ini adalah pengguna energi.Pompa Secara umum pompa dapat diklasifikasikan menjadi 2 bagian yaitu pompa kerja positif (positive displacement pump) dan pompa kerja dinamis (non positive displacement pump).Pada pompa kerja positif kenaikan tekanan cairan di dalam pompa disebabkan oleh pengecilan volume ruangan yang ditempati cairan tersebut. Adanya elemen yang bergerak dalam ruangan tersebut menyebabkan volume ruangan akan membesar atau mengecil sesuai dengan gerakan elemen tersebut. Secara umum pompa kerja positif diklasifikasikan menjadi Pompa Reciprocating dan Pompa Rotari.Pada pompa kerja dinamis energi penggerak dari luar diberikan kepada poros yang kemudian digunakan untuk menggerakkan baling-baling yang disebut impeler.Impeler memutar cairan yang masuk ke dalam pompa sehingga mengakibatkan energi tekanan dan energi kinetik cairan bertambah. Cairan akan terlempar ke luar akibat gaya sentrifugal yang ditimbulkan gerakan impeler. Yang termasuk jenis pompa ini adalah pompa sentrifugal

2. Boiler Boiler sering juga disebut ketel uap, yaitu suatu komponen yang berfungsi sebagai tempat untuk menghasilkan uap, energi kinetiknya digunakan untuk memutar turbin. Uap yang dihasilkan mempunyai suhu dan tekanan tertentu sedemikian rupa hingga dapat beroperasi seefesien mungkin.Energi kalor yang dibangkitkan dalam sistem boiler memiliki nilai tekanan, temperatur, dan laju aliran yang menentukan pemanfaatan steam yang akan digunakan. Berdasarkan ketiga hal tersebut sistem boiler mengenal keadaan tekanan-temperatur rendah (low pressure/LP), dan tekanan-temperatur tinggi (high pressure/HP), dengan perbedaan itu pemanfaatan steam yang keluar dari sistem boiler dimanfaatkan dalam suatu proses untuk memanasakan cairan dan menjalankan suatu mesin, atau membangkitkan energi listrik dengan merubah energi kalor menjadi energi mekanik kemudian memutar generator sehingga menghasilkan energi listrik (power boilers). Namun, ada juga yang menggabungkan kedua sistem boiler tersebut, yang memanfaatkan tekanan-temperatur tinggi untuk membangkitkan energi listrik, kemudian sisa steam dari turbin dengan keadaan tekanan-temperatur rendah dapat dimanfaatkan ke dalam proses industri dengan bantuan heat recovery boiler. Sistem boiler terdiri dari sistem air umpan, sistem steam, dan sistem bahan bakar.Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan dari sistem air umpan, penanganan air umpan diperlukan sebagai bentuk pemeliharaan untuk mencegah terjadi kerusakan dari sistem steam. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua perlatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan.Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem.Secara umum boiler dibagi kedalam dua jenis yaitu : boiler pipa api (Fire tube boiler) dan boiler pipa air (water tube boiler). Pada boiler pipa api proses pengapian terjadi didalam pipa, kemudian panas yang dihasilkan dihantarkan langsung kedalam boiler yang berisi air. Besar dan konstruksi boiler mempengaruhi kapasitas dan tekanan yang dihasilkan boiler tersebut. Sedangkan pada bioler pipa air proses pengapian terjadi diluar pipa, kemudian panas yang dihasilkan memanaskan pipa yang berisi air dan sebelumnya air tersebut dikondisikan terlebih dahulu melalui economizer, kemudian steam yang dihasilkan terlebih dahulu dikumpulkan di dalam sebuah steam-drum. Sampai tekanan dan temperatur sesuai, melalui tahap secondary superheater dan primary superheater baru steam dilepaskan ke pipa utama distribusi. Didalam pipa air, air yang mengalir harus dikondisikan terhadap mineral atau kandungan lainnya yang larut di dalam air tesebut. Hal ini merupakan faktor utama yang harus diperhatikan terhadap tipe ini

3. Turbin Turbin merupakan mesin penggerak, di mana energi fluida kerja dipergunakan langsung untuk memutarnya.Dengan adanya energi kinetis uap yang digunakan langsung untuk memutar turbin, maka dapat dikatakan juga disini, bahwa kemajuan teknologi turbin banyak dipengaruhi oleh kondisi uap yang dihasilkan.Tujuan yang ingin dicapai oleh teknologi turbin adalah mengambil manfaat sebesar-besarnya dari energi fluida kerja yang tersedia, mengubahnya menjadi energi mekanis dengan efesiensi maksimum.

4. Kondensor Kondensor merupakan alat penukar kalor yang berfungsi untuk mengkondensasikan uap keluaran turbin.Uap setelah memutar turbin langsung mengalir menuju kondensor untuk diubah menjadi air (dikondensasikan), hal ini terjadi karena uap bersentuhan langsung dengan pipa-pipa (tubes) yang didalamnya dialiri oleh air pendingin. Oleh karena kondensor merupakan salah satu komponen utama yang sangat penting, maka kemampuan kondensor dalam mengkondensasikan uap keluaran turbin harus benarbenar diperhatikan, sehingga perpindahan panas antara fluida pendingin dengan uap keluaran turbin dapat maksimal dan pengkondensasian terjadi dengan baik.Kondensor terdiri dari tube-tube kecil yang melintang.Pada tube-tube inilah air pendingin dari laut dialirkan.Sedangkan uap mengalir dari atas menuju ke bawah agar mengalami kondensasi atau pengembunan.Sebelum masuk kedalam kondensor, air laut biasanya melewati debris filter yang berfungsi untuk menyaring kotoran-kotoran ataupun lumpur yang terbawa air laut.Agar uap dapat bergerak turun dengan lancar dari sudu terakhir turbin, maka vakum kondensor harus dijaga, karena dengan ada vakum pada kondensor akan membuat tekanan udara pada kondensor menjadi rendah. Dengan tekanan yang lebih rendah di kondensor, maka uap akan bisa bergerak dengan mudah menuju kondensor.

Peralatan Sistem Tenaga Uap BoilerPeralatan yang paling penting pada mesin tenaga uap berbentukbejana tekan berisi fluida air yang dipanasi lansung oleh energi kalor dariproses pembakaran, atau dengan elemen listrik atau energi nuklir. Airpada boiler akan terus menyerap kalor sehingga temperaturnya naiksampi temperatur didih, sehingga terjadi penguapan. Pada boiler yangmenggunakan drum sebagai penampung uap, air akan mengalamisirkulasi selama proses pendidihan.Ada dua cara sirkluasi air yaitu sirkulasi alamiah dan sirkulasipaksa. Sirkulasi air alamiah terjadi karena perbedaan massa jenis antaraair panas dengan air yang lebih dingin, air panas akan naik kepermukaan drum dan air lebih dingin turun. Sirkulasi air paksa terjadikarena air disirkulasikan dengan bantuan dari pompa.Untuk menghasilkan kapasitas uap yang besar, dibutuhkan jumlahkalor yang besar sehingga sirkulasi air harus bagus sehingga tidak terjadioverheating pada pipa-pipa airnya. [gambar 19.7] Untuk boiler yang tidakmenggunakan drum uap akan langsung dikirim ke turbin uap, boiler jenisini disebut boiler satu laluan.

Ada dua tipe dari boiler yang sudah biasa dipakai yaitu;

a. Firetube Boiler atau Boiler pipa api.Boiler jenis ini pada bagian tubenya dialiri dengan gas pembakarandan bagian lainya yaitu sell dialiri air yang akan diuapkan.Tube-tubenya langsung didinginkan oleh air yang melingkupinya. Jumlahpass dari boiler bergantung dari jumlah laluan horizontal dari gaspembakaran diantara furnace dan pipa-pipa api. Laluan gas pembakaranpada furnace dihitung sebagai pass pertama. Boiler jenis ini banyakdipakai untuk industri pengolahan mulai skala kecil sampai skalamenengah.

b.Watertube boiler atau boiler pipa air.Boiler jenis ini banyak dipakai untuk kebutuhan uap skala besar[gambar 19.7]. Prinsip kerja dari boiler pipa air berkebalikan dengan pipaapi, gas pembakaran dari furnace dilewatkan ke pipa-pipa yang berisi airyang akan diupakan. Ada dua keuntungan menggunakan boiler pipa airdaripada pipa api yaitu kapasitas yang besar dapat dicapai denganmemperbanyak jumlah tube atau pipa tanpa bergantung ukuran dari selldan drum.Keuntungan kedua adalah sell dan drum uap tidak terkena radiasilangsung dari kalor pembakaran sehingga dimungkinkan dibuat boilerdengan kapasitas dan tekanan uap yang besar. Berbagai jenis bahanbakardapat dipakai pada boiler tipe ini, variasi ukuran juga tidakmenimbulkan masalah.

Turbin uapPerlatan yang paling utama dalam sistem tenaga uap adalahTURBIN UAP. Turbin uap berfungsi sebagai tempat untukmengkonversikan energi yang terkandung dari uap panas dari boilermenjadi energi mekanik poros turbin.Secara umum turbin uap dibagi menjadi dua yaitu turbin uap jenisimpuls dan jenis reaksi. Prinsip kerja kedua jenis turbin uap sudahdibahas pada bab turbin.Komponen turbin uap yang paling penting adalah sudu-sudu,karena di sudu-sudu inilah sebagian besar energi uap panas ditransfermenjadi energi mekanik.

KondensorProses konversi energi dari satu energi menjadi energi lainnyauntuk mesin-mesin panas selama transfer energi selalu ada transferpanas pada fluida kerja. Jadi tidak semua energi panas dapatdikonversikan menjadi energi berguna atau dengan kata lain "harus adayang dibuang ke lingungan" Pada sistem tenaga uap proses transferpanas ke lingkungan terjadi pada kondensor. Sudah jelas fungsikondensor adalah alat penukar kalor untuk melepaskan panas sisa uapdari turbin.Uap sisi dari turbin uap masih dalam keadaan uap jenuhdengan energi yang sudah berkurang. Di dalam kondensor semua energidilepaskan ke fluida pendingin

EkonomiserPeralatan tambahan yang sangat penting pada mesin tenaga uapadalah ekonomiser. Ekonomiser adalah sejenis heat exchanger yangterdiri dari fluida air yang akan masuk boiler. Pemasangan ekonomiserpada laluan gas buang dan cerobong asap [gambar 19.16]. Ekonimiserdirancang mempunyai banyak sirip dari material logam untukmemperluas permukaan singgung perpindahan kalor dari gas buangyang bertemperatur tinggi ke fluida air bertemperatur lebih rendahdibanding lKarena hal tersebut fluida air pada ekonomiser akan mudahmenyerap panas dari gas buang dari proses pembakaran. Temperatur airyang ke luar dari ekonomiser lebih tinggi dari temperatur lingkungansehingga setelah masuk boiler tidak dibutuhkan energi kalor yang besar.Energi kalor yang dibutuhkan hanya untuk menaikkan temperatur dariekonomiser menjadi temperatur didih boiler. Jadi dengan pemasanganekomiser akan menaikkan efisiensi sistem. Karena ekonomiserdisinggungkan dengan gas buang yang banyak mengandung zat- zatpolusi yang dapat menimbulkan korosi, maka pemilihan material dariekonomiser bergantung dari jenis bahan bakar yang digunakan padastoker atau burner [gambar 19.17)

SuperheaterKondisi uap dari boiler yang masuk instalasi perpipaan sebelummasuk turbin akan banyak mengalami perubahan terutama kehilangankalor yang tidak sedikit dan kondensasi sehingga pada waktu masukturbin energinya tidak maksimal. Untuk mengatasi hal tersebut uap dariboiler dipanaskan kembali sampai kondisi uap panas lanjut.Saluran pipayang berisi uap jenuh setelah dari boiler dilewatkan ke gas pembakaransehingga terjadi perpindahan kalor kembali ke uap (gambar). Karena adakalor yang masuk, temperatur uap jenuh akan naik sampai kondisi uappanas lanjut. Sebagai contoh uap jenuh yang ke luar dari boilerbertmperatur sekitar 200 C akan naik sampai 540 C dalam kondisisuperheated. Dengan kondisi uap panas lanjut yang masuk turbin akanmenaikkan efisiensi turbin. Setiap kenaikan 6 C temperatur uap akanmengurangi kebutuhan uap sebesar 1% [gambar 19.18]

BurnerSumber energi kalor atau panas diperoleh dari proses pembakaran.Proses pembakaran pada mesin tenaga uap terjadi pada furnace. Padafurnace terdapat burner.Furnace ditempatkan menyatu dengan boilerdan terpisah dengan fluida kerja air yang mengalir pada pipa-pipa boiler.Berdasarkan dari jenis bahan bakar yang digunakan, burnerdiklasifikasikan menjadi tiga yaitu1. Burner untuk bahan- bakar cair2. Burner untuk bakar bakar gas3. Burner untuk bahan bakar padatBerbagai macam teknologi telah dikembangkan untuk menaikkanefisiensi dari proses pembakaran. Efiseinsi proses pembakaran yangtinggi akan menaikkan efisiensi total dari furnace dan jumlah panas yangditransfer ke boiler menjadi semakin besar. Furnace harus mudahdikendalikan untuk merespon jumlah uap dengan temperatur dan tekanantertentu.