turbin alat operasi teknik kimia

Mesin Alat Operasi Kimia

Nama Kelompok : Billa amalia H Bilqis Tya Zahra Anwar Daril Eka Dara Dyah Wulandari Firda Amalia Humaira Ristina Pitri Yani Wirry Astuti

XI KIMIA 2

SMK NEGERI 1 GUNUNGPUTRIJl. Barokah No. 06 Desa Wanaherang Kecamatan Gunungputri- Kabupaten

Bogor 16965Tel / Fax: (021) 8673310 E-mail:

[email protected]:smkn1gnputri.sch.id

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan Puji Syukur Kehadirat AllahSubhanallahuwataala,  atas segala  bimbingan, kuasa  dan  izin -Nya, penulis  dapat  memperoleh  kekuatan  dan kesehatan sehinggapenulis  bisa menyelesaikan  makalah  yang  berjudul“Pengoperasian mesin turbin dengan system uap, pembakaran gas,dan turbin ekspansi”. Kami menyadari  betul, tanpa bantuanberbagai pihak tugas ini tidak mungkin dapat diselesaikan,melalui kesempatan ini Kami ingin menyampaikan ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada pihak- pihak yang telahmembantu dalam proses penuyusunan tugas ini sehingga dapatmengahasilkan sebuah tugas yang sederhana.

Disadari sepenuhnya bahwa makalah ini masih banyak kesalahandan kekurangan baik dari segi penyusunan kalimat maupunbahasanya. Untuk itu diharapkan apabila ada kesalahan atauketidaksesuaian bahasa dalam penulisan ini diharapkan koreksiyang konstruktif dari penyempurnaan makalah  ini.

Terakhir diharapkan semoga tugas ini dapat diterima danbermanfaat bagi pihak- pihak lain.

Bogor, Agustus 2014

Penulis

Pendahuluan

A. Sejarah Turbin

Banyak sumber yang menerangkan tentang sejarah di temukanya turbin salah satunya yaitu bermula dari di temukanya kincir air yang sudah sejak lama digunakan untuk tenaga industri. Pada mulanya yang di pertimbangkan adalah ukuran kincirnya, yang membatasi debit dan head yang dapat dimanfaatkan.

Perkembangan kincir air menjadi turbin modern membutuhkan jangka waktu yang cukup lama. Perkembangan yang dilakukan dalam waktu revolusi industri menggunakan metode dan prinsip ilmiah. Mereka juga mengembangkan teknologi material dan metode produksi baru pada saat itu.

Kata "turbine" ditemukan oleh seorang insinyur Perancis yang bernama Claude Bourdin pada awal abad 19, yang diambil dari terjemahan bahasa Latin dari kata "whirling" (putaran) atau "vortex" (pusaran air). Perbedaan dasar antara turbin air awal dengan kincir air adalah komponen putaran air yang memberikan energi pada poros yang berputar. Komponen tambahan ini memungkinkan turbin dapat memberikan daya yang lebih besar dengankomponen yang lebih kecil. Turbin dapat memanfaatkan air dengan putaran lebih cepat dan dapat memanfaatkan head yang lebih

tinggi. (Untuk selanjutnya dikembangkan turbin impulse yang tidakmembutuhkan putaran air).

Adapun runtutan sejarahnya adalah sebagai berikut. Ján Andrej Segner mengembangkan turbin air reaksi pada pertengahan tahun 1700. Turbin ini mempunyai sumbu horizontal dan merupakan awal mula dari turbin air modern. Turbin ini merupakan mesin yang simpel yang masih diproduksi saat ini untuk pembangkit tenaga listrik skala kecil. Segner bekerja dengan Euler dalam membuat teori matematis awal untuk desain turbin.

Pada tahun 1820, Jean-Victor Poncelet mengembangkan turbin aliranke dalam. Pada tahun 1826 Benoit Fourneyon mengembangkan turbin aliran keluar. Turbin ini sangan efisien (~80%) yang mengalirkan air melalui saluran dengan sudu lengkung satu dimensi. Saluran keluaran juga mempunyai lengkungan pengarah.

Pada tahun 1844, Uriah A. Boyden mengembangkan turbin aliran keluar yang meningkatkan performa dari turbin Fourneyon. Bentuk sudunya mirip dengan turbin Francis.

Pada tahun 1849 James B. Francis meningkatkan efisiensi turbin reaksi aliran ke dalam hingga lebih dari 90%. Dia memberikan testyang memuaskan dan mengembangkan metode engineering untuk desain turbin air. Turbin Francis dinamakan sesuai dengan namanya, yang merupakan turbin air modern pertama. Turbin ini masih digunakan secara luas di dunia saat ini.

Turbin air aliran ke dalam mempunyai susunan mekanis yang lebih baik dan semua turbin reaksi modern menggunakan desain ini. Putaran massa air berputar hingga putaran yang semakin cepat, airberusaha menambah kecepatan untuk membangkitkan energi. Energi tadi dibangkitkan pada sudu dengan memanfaatkan berat jatuh air dan pusarannya. Tekanan air berkurang sampai nol sampai air keluar melalui sirip turbin dan memberikan energi.

Sekitar tahun 1890, bantalan fluida modern ditemukan, sekarang umumnya digunakan untuk mendukung pusaran turbin air yang berat. Hingga tahun 2002, bantalan fluida terlihat mempunyai arti selamalebih dari 1300 tahun

Sekitar tahun 1913, Victor Kaplan membuat turbin Kaplan, sebuah tipe mesin baling-baling. Ini merupakan evolusi dari turbin Francis tetapi dikembangkan dengan kemampuan sumber air yang mempunyai head kecil.

Adapun sumber lain yang menjelaskan sejarah turbin yaitu:Turbin gas adalah suatu penggerak mula yang memanfaatkan gas sebagai fluida kerja. Di dalam turbin gas energi kinetik di konversikan menjadi energi mekanik berupa putaran yang menggerakkan roda turbin sehingga menghasilkan daya. Bagian turbin yang berputar disebut rotor atau roda turbin dan bagian turbin yang diam disebut stator atau rumah turbin. Rotor memutar poros daya yang menggerakkan beban (generator listrik, pompa, kompresor atau yang lainnya). Turbin gas merupakan salah satu komponen dari suatu sistem turbin gas. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor,ruang bakar dan turbin gas. Menurut Dr. J. T. Retaliatta, sistem turbin gas ternyata sudah dikenal pada jaman “Hero of Alexanderia”. Disain pertama turbin gas dibuat oleh John Barber seorang Inggris pada tahun 1791. Sistem tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu atau minyak, kompresorn ya digerakkan oleh turbin dengan perantaraan r antai roda gigi. Pada tahun 1872, Dr. F. Stolze merancang sistem turbin gas yang menggunakan kompresor aksial bertingkat ganda yang digerakkan langsung oleh turbin reaksi tingkat ganda. Tahun 1908, sesuai dengan konsepsi H. Holzworth, dibuat suatu sistem turbin gas yang mencoba menggunakan proses pembakaran padavolume konstan. Tetapi usaha tersebut dihentikan karena terbenturpada masalah konstruksi ruan g bakar dan tekanan gas pembakaran yang berubah sesuai beban. Tahun 1904, “Societe des Turbomoteurs”di Paris membuat suatu sistem turbin gas yang instruksinya berdasarkan disain Armen gaud dan Lemate yang menggunakan bahan bakar cair. Temperatur gas pembakaran yang masuk sekitar 450 C dengan tekanan45 atm dan kompresornya langsung digerakkan oleh turbin.

Selanjutnya, perkemban gan sistem turbin gas berjalan lambat hingga pada tahun 1935 sistem turbin gas mengalami perkembangan yang pesat dimana diperoleh efisiensi sebesar lebih kurang 15 %. Pesawat pancar gas yang pertama diselesaikan oleh “British Thomson Houston Co” pada tahun 1937 sesuai dengan konsepsi Frank Whittle (tahun 1930). Saat ini sistem turbin gas telah banyak diterapkan untuk berbagai keperluan seperti mesin penggerak generator listrik, mesin industri, pesawat terbang dan lainnya. Sistem turbin gas dapat dipasang dengan cepat dan biaya investasiyang relatif rendah jika dibandingkan dengan instalasi turbin uapdan motor diesel untuk pusat tenaga listrik.

BAB I

1.1 Definisi Turbin

Turbin adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari aliran fluida.Turbin sederhana memiliki satu bagian yang bergerak, "asembli rotor-blade".Fluida yang bergerak menjadikan baling-baling berputar dan menghasilkan energi untuk menggerakkanrotor.Contoh turbin awal adalah kincir angin dan roda air.Sebuah turbin yang bekerja terbalik disebut kompresor atau pompa turbo.Turbin gas, uap dan air biasanya memiliki "casing" sekitar baling-baling yang memfokus dan mengontrol fluid."Casing" dan baling-baling mungkin memiliki geometri variabel yang dapat membuat operasi efisien untuk beberapa kondisi aliran fluid.Energi diperoleh dalam bentuk tenaga "shaft" berputar.

1.2 penggunaan Turbin

Penggunaan paling umum dari turbin adalah pemroduksian tenaga listrik. Hampir seluruh tenaga listrik diproduksi menggunakan turbin dari jenis tertentu.Turbin kadangkala merupakan bagian dari mesin yang lebih besar. Sebuah turbin gas, sebagai contoh, dapat menunjuk ke mesin pembakaran dalam yang berisi sebuah turbin, kompresor,

"kombustor", dan alternator.Turbin dapat memiliki kepadatan tenaga ("power density") yang luar biasa (berbanding dengan volume dan beratnya). Ini karena kemampuan mereka beroperasi pada kecepatan sangat tinggi. Mesin utama dari Space Shuttle menggunakan turbopumps (mesin yang terdiri dari sebuah pompa yang didorong oleh sebuah mesin turbin)untuk memberikan propellant (oksigen cair dan hidrogen cair) ke ruang pembakaran mesin. Turbopump hidrogen cair ini sedikit lebihbesar dari mesin mobil dan memproduksi 70.000 hp (52,2 MW).Turbin juga merupakan komponen utama mesin jet.

1.3 Kelebihan Turbin

penggunaan panas yang lebih baik pengontrolan putaran yang lebih mudah. tidak menghasilkan loncatan bunga api listrik. tidak terpengaruh lingkungan sekeliling yang panas uap bekasnya dapat digunkan kembali atau untuk proses

BAB II2.1 Bagian – Bagian Turbin

  Cassing

Adalah sebagai penutup (rumah) bagian-bagian utama turbin.

  Rotor

Adalah bagian turbin yang berputar terdiri dari:

1.      Poros

Berfungsi sebagai komponen utama tempat dipasangnya cakram-cakram

sepanjang sumbu.

2.      Sudu turbin atau deretan sudu

Berfungsi sebagai alat yang menerima gaya dari energi kinetik uap

melalui nosel.

3.      Cakram

Berfungsi sebagai tempat sudu-sudu dipasang secara radial pada

poros.

  Nosel

Berfungsi sebagai media ekspansi uap yang merubah energi

potensial menjadi energi kinetik.

  Bantalan

Merupakan bagian yang berfungsi uuntuk menyokong kedua ujung

poros dan banyak menerima beban.

  Kopling

Berfungsi sebagai penghubung antara mekanisme turbin uap dengan

mekanisme yang digerakkan.

2.2 Jenis – Jenis Turbin

A.Turbin Uap

Turbin Uap (steam turbine) adalah suatu penggerak mula yangmengubah energi potensial uap menjadi energi kinetik dan energikinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi mekanis dalambentuk putaran poros turbin. Poros turbin, lansung atau denganbantuan roda gigi reduksi, dihubungkan dengan mekanisme yang akandigerakkan. Tergantung pada jenis mekanisme yang digunakan,turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang seperti padabidang industri, untuk pembangkit tenaga listrik dan untuktransportasi. Pada proses perubahan energi potensial menjadienergi mekanisnya yaitu dalam bentuk putaran poros dilakukan

dengan berbagai cara.Contoh gambar turbin uap seperti padagambar di bawah ini.

Cara Kerja Turbin Uap

Prinsip kerja turbin uap,terletak pada perubahan energi panas yang terkandung di dalam uap air (keseluruhan sampai energi panasdalam uap air di sisi exhaust turbin) yang dikonversikan menjadi energi mekanik yang ditransmisikan ke rotor turbin. Hal ini terjadi di beberapa stage turbin uap yang berbeda. Satu stage turbin selalu terdiri atas bagian sudu-sudu melingkar yang diam/stasioner dan bagian sudu-sudu yang berputar/berotasi.

Energi panas di dalam uap air ditunjukkan oleh besaran entalpi (h).

h = u + p.Vu = energi internal, p.V = aliran kerja

Konversi Energi Panas Uap Air Menjadi Energi Kinetik

Pertama, energi panas harus dikonversikan menjadi energi kinetik,proses ini terjadi pada nozzle (lihat gambar di atas). Pada turbin uap, nozzle terpasang di sisi casing (sudu-sudu stator turbin) dan ditambah pada sisi sudu-sudu rotor, yang selanjutnya dikenal dengan reaction stage/sisi reaksi. Pada nozzle, uap air mengalami penambahan kecepatan/akselerasi, dan akselerasi ini menyebabkan diferensial tekanan antara sisi sebelum nozzle dengansesudah nozzle.

Kedua, energi kinetik ditransformasikan menjadi energi putar darirotor turbin yang hanya terjadi pada sisi sudu-sudu yang berputar/rotor.

Vektor Kecepatan Pada Stage Turbin Uap Reaksi

Prinsip kerja turbin uap,terletak pada perubahan energi panas yang terkandung di dalam uap air (keseluruhan sampai energi panasdalam uap air di sisi exhaust turbin) yang dikonversikan menjadi energi mekanik yang ditransmisikan ke rotor turbin. Hal ini terjadi di beberapa stage turbin uap yang berbeda. Satu stage turbin selalu terdiri atas bagian sudu-sudu melingkar yang diam/stasioner dan bagian sudu-sudu yang berputar/berotasi.

Energi panas di dalam uap air ditunjukkan oleh besaran entalpi (h).

h = u + p.Vu = energi internal, p.V = aliran kerja

Konversi Energi Panas Uap Air Menjadi Energi Kinetik

Pertama, energi panas harus dikonversikan menjadi energi kinetik,proses ini terjadi pada nozzle (lihat gambar di atas). Pada turbin uap, nozzle terpasang di sisi casing (sudu-sudu stator turbin) dan ditambah pada sisi sudu-sudu rotor, yang selanjutnya dikenal dengan reaction stage/sisi reaksi. Pada nozzle, uap air mengalami penambahan kecepatan/akselerasi, dan akselerasi ini menyebabkan diferensial tekanan antara sisi sebelum nozzle dengansesudah nozzle.

Kedua, energi kinetik ditransformasikan menjadi energi putar darirotor turbin yang hanya terjadi pada sisi sudu-sudu yang berputar/rotor.

Vektor Kecepatan Pada Stage Turbin Uap Reaksi

Stage pada turbin pada turbin memilikivperbedaan kecepatan,seperti yang ditunjukkan pada gambar diatas.Pada tiap level digambar segitiga vektor kecepatan,satu di sisi inlet blade yang berputar dan yang kedua di sisi outletnya.kecepatan absolute (c) di inlet dan outlet besarnya berbeda karena energy kintetik dari uap air di konversikan menjadi energy mekanik pada rotor.

Turbin uap terbagi menjadi 2 yaitu :

1. Turbin Impuls

Turbin Impuls mengubah energi potensial uapnya menjadi energi

kinetik didalam nosel (yang dibentuk oleh sudu-sudu diam yang

berdekatan). Nosel diarahkan kepada sudu gerak. Didalam sudu-sudu

gerak, energi kinetik diubah menjadi energi mekanis. Energi

potensial uap berupa ekspansi uap, yang diperoleh dari perubahan

tekanan awal hingga tekanan akhirnya di dalam sebuah nosel atau

dalam satu grup nosel yang ditempatkan didepan sudu-sudu cakram

yang berputar. Penurunan tekanan uap didalam nosel diikuti dengan

penurunan kandungan kalornya yang terjadi didalam nosel.  Hal ini

menyebabkan naiknya kecepatan uap yang keluar dari nosel (energi

kinetik). Kemudian energi kecepatan semburan uap yang keluar dari

nosel yang diarahkan kepada sudu gerak (sudu-sudu cakram yang

berputar) memberikan gaya impuls pada-pada sudu gerak sehingga

menyebabkan sudu-sudu gerak berputar (melakukan kerja

mekanis).Atau bisa dafahami secara sederhana pronsip kerja dari

Turbin impuls yaitu turbin yang proses ekspansi lengkap uapnya

hanya terjadi pada kanal diam (nosel) saja, dan energi kecepatan

diubah menjadi kerja mekanis pada sudu-sudu turbin. Kecepatan uap

yang keluar dari turbin jenis ini bisa mencapai 1200/detik.

Turbin jenis ini pertama kali dibuat oleh de Laval, yang mana

turbin ini mampu beroperasi pada putaran 30.000rpm. Pada

aplikasinya turbin impuls ini dilengkapi dengan roda gigi reduksi

untuk memindahkan momen putar ke mekanisme yang akan digerakkan

seperti generator listrik.

2. Turbin Reaksi

Turbin reaksi yaitu turbin yang ekspansi uapnya tidak hanyaterjadi pada laluan-laluan sudu pengarah (nosel) yang tetap sajatetapi juga terjadi pada laluan sudu gerak (sudu-sudu cakram yangberputar), sehingga terjadi penurunan keseluruhan kandungan kalorpada semua tingkat sehingga terdistribusi secara seragam. Turbinyang jenis ini umumnyan digunakan untuk kepentingan industri.Kecepatan uap yang mengalir pada turbin (yang biasanyannekatingkat)  lebih rendah yaitu sekitar 100 – 200 m/detik.

B. Turbin Gas

Turbin gas/ Gas-turbine adalah suatu alat yang memanfaatkangas sebagai fluida untuk memutar turbin dengan memanfaatkankompresor dan mesin pembakaran internal. Di dalam turbin gas,energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udarabertekanan yang memutar sudu turbin sehingga menghasilkan daya.Sistem turbin gas terdiri dari tiga komponen utama, yaitukompresor, ruang bakar dan turbin.

Agar turbin dapat berputar, dibutuhkan beberapa komponenyang lain. Turbin gas merupakan serangkain komponen yangdirangkai menjadi kesatuan yang dinamakan siklus brayton. Turbingas digunakan sebagai penggerak generator listrik. Siklus initerdiri dari kompresor, combuster, dan turbin.  Agar turbin gas

dapat beroperasi dengan baik dan seefisien mungkin, turbin gasdiperlukan peralatan-peralatan lain seperti lubrication system, controlsystem, cooling system, fuel system, dan lain-lain. Pada pembangkit listrik, turbin gas tidak hanya digunakan untukmenggerakkan generator listrik. Akan tetapi turbin gas ini jugadigunakan sebagai pemanas ada HRSG (Heat Recovery SteamGenerator).Temperatur pada sisi exhaust turbine masih cukup tinggi. Apabila gassisa dari turbin gas dibuang ke atmosfir akan sia-sia. Contohturbin gas seperti gambar dibawah ini

Cara Kerja Turbin Gas

Dalam aplikasinya, turbin gas tidak dapat bekerja tanpa

komponen kompresor dan ruang bakar/combuster. Ketiga komponen

tersebut membentuk siklus yang dikenal dengan nama ”Siklus

Brayton”.

Fungsi dan prinsip kerja dari siklus ini dapat dilihat pada

gambar di bawah ini:

Turbin gas pada kondisi ideal memanfaatkan gas bertekananyang didapat dari udara atmosfir yang dimampatkan denganmenggunakan kompresor pada kondisi isentropik (reversibeladiabatik/entropi konstan). Udara yang bertekanan tinggi inikemudian dibakar dalam ruang bakar pada tekanan tetap. Dari ruangbakar, gas yang sudah dibakar bersama dengan bahan bakardiekspansikan ke turbin sebagai penggerak beban generator.

Apabila digambar dalam diagram P-V dan T-S, siklus turbingas akan terlihat seperti gambar dibawah ini:

proses 1-2 : Proses pemempatan udara secara isentropik denganmenggunakan kompresorproses 2-3 : Pemasukan bahan bakar pada tekanan konstan.Pemasukan bahan baker ini dilakukan di dalam combuster proses 3-4 : Proses ekspansi gas hasil pembakaran (daricombuster). Ekspansi gas panas hasil pembakaran dilakukan padaturbin. Ekspansi dilakukan dalam kondisi isentropik. proses 4-1 : Proses pembuangan panas pada tekanan konstan.

Pada proses pemampatan udara (proses 1-2), secara termodinamikakompresor membutuhkan kerja sebesar selish entalpi antara inletkompresor dengan exhaust kompresor. Pada combuster (proses 2-3)terjadi pemasukan kalor dari pembakaran bahan bakar bersama-samadengan udara yang dimampatkan. Sedangkan pada proses ekspansipada turbin (proses 3-4), gas hasil pembakaran digunakan sebagaitenaga untuk memutar sudu-sudu pada rotor turbin. Rotor yangberputar ini akan memutar poros/shaft yang akan memutar porosgenerator. Generator inilah yang akan membangkitkan listrik.Isentropik merupakan kondisi entropi yang terjadi konstan. Secaramatematis kerja dan panas yang dihasilkan atau dilepaskan padasiklus brayton dituliskan sebagai berikut.

Kerja yang dilakukan kompresor Wc= ma (h2-h1). Kalor yang diberikan pada Combuster Qc= (ma+mf)(h3-h2)

Kerja yang dihasilkan turbin Wt= (ma+mf)(h3-h4)

dimana ma adalah massa dari udara dan mf adalah massa bahanbakar. Namun pada aplikasi di lapangan, siklus secara ideal inisangat sulit tercapai. Entropi akan naik dan tekanan akan turun.

dimana ma adalah massa dari udara dan mf adalah massa bahanbakar. Namun pada aplikasi di lapangan, siklus secara ideal inisangat sulit tercapai. Entropi akan naik dan tekanan akan turun.Apabila dinyatakan dalam T-s dan diagram akan terlihat sepertigambar berikut: 

Diagram T-S Turbin Gas Aplikasi

Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal. Tetapterjadi kerugian-kerugian yang dapat menyebabkan turunnya dayayang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnyaperformansi turbin gas itu sendiri jika dibanding dengan kondisiideal. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada ketigakomponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugianantara lain: Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugiantekanan (pressure losses) di ruang bakar.Adanya kerja yang berlebihwaktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya gesekan antarabantalan turbin dengan angin.

Komponen – Komponen Turbin Gas

Prinsip Kerja Kompresor Kompresor yang biasanya dipakai pada turbin gas adalah axialcompressore dan centrifugal compressore. Pada axial compressore, bentukdari sudu-sudu rotor mendekati bentuk dari airfoils. Secaraglobal kompresor bekerja dengan cara menyedot udara kemudianmendorong udara ini ke sudu tetap. Pada sudu tetap ini, bentuknyamenyerupai bentuk dari difusor. Difusor ini berfungsi untukmemperbesar tekanan dan menurunkan kecepatan dari udara (prinsipbernoully aparatus). 

Prinsip Kerja Combuster Dari kompresor, udara bertekanan dibawa ke ruang bakar(combuster). Di ruang bakar, udara bertekanan dibakar bersamadengan fuel/bahan bakar. Bahan bakar yang umum dipakai dalamruang bakar ini adalah gas alam (natural gas). Selain gas alam,bahan bakar yang biasa dipakai sebagai bahan bakar adalah fuel oil/minyak (dengan efisiensi tinggi). Bahan bakar yang dibakarberfungsi untuk menaikkan temperatur. Combuster didesain untukmenghasilkan campuran, pengenceran dan pendinginan sehingga gasyang keluar dari ruang bakar merupakan temperature rata rata daricampuran. Panjang dari ruang bakar didesain denganmempertimbangkan waktu dan tempat yang cukup untuk bahan bakarbisa terbakar sempurna dan memudahkan pemantik untuk membakarbahan bakar menjadi lebih mudah. Desain ruang bakar jugamempertimbangkan masalah residu pembakaran. Desain ruang bakarharus mempertimbangkan bagaimana mereduksi gas NOx.

C .Turbin Air

Dalam pembangkit listrik tenaga air (PLTA) turbin air merupakan peralatan utama selain generator. Turbin air adalah alat untuk

mengubah energi potensial air menjadi menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini kemudian diubah menjadi energi listrik oleh generator.Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi kinetik, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls danturbin reaksi.Contoh gambar turbin air seperti gambar di bawah ini

Turbin Air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbinimpuls dan turbin reaksi.

a.        Turbin ImpulsTurbin impuls adalah turbin air yang cara kerjanya merubah

seluruh energi air(yang terdiri dari energipotensial+tekanan+kecepatan) yang tersedia menjadi energi kinetikuntuk memutar turbin, sehingga menghasilkan energi kinetik.Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle.Air keluar nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur suduturbin. Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah

sehingga terjadi perubahan momentum (impulse). Akibatnya rodaturbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan samakarena aliran airyang keluar dari nozle tekanannya adalah samadengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempatdan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadienergi kecepatan. Contoh turbin impuls adalah turbin Pelton.

b.        Turbin ReaksiTurbin reaksi adalah

turbin yang cara kerjanyamerubah seluruh energiair yang tersedia menjadienergi kinetik. Turbinjenis ini adalah turbin yang paling banyak digunakan. Sudu padaturbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinyapenurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan inimemberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yangberputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsipini dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner turbinreaksisepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumahturbin.

Cara Kerja Turbin AirTurbin air mengubah energi potensial air menjadi energi

mekanis. Energi mekanis diubah dengan generator listrik menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis.

Jenis – Jenis Turbin Air

Turbin pelton

Turbin pelton beroperasi pada tinggi jatuh yang besar.Tinggi air jatuh dihitung mulai dari permukaan atas sampai tengahtengah pancaran air. Bentuk sudu terbelah menjadi dua bagian yang simetris, dengan maksud adalah agar dapat membalikan pancaran air dengan baik dan membebaslan sudu dari gaya-gaya samping . Tidak semua sudu menerima pancaran air, hanya sebagaian– jarum katup air tekanan tinggi bagaian saja scara bergantian bergantung posisi sudut tersebut. Jumlah noselnya bergantung kepada besarnya kapasitas air, tiap roda turbin dapat dilengkapi dengan nosel 1 sampai 6. Adapun penampang konstruksi sudu jalan dari pelton beserta noselnya .Ukuran-ukuran utama turbin pelton adalah diameter lingkar sudu yang kena pancaran air, disingkat diameter lingkaran pancar dan diameter pancaran air. Pengaturan nosel akan menentukan kecepatan dari turbin. Untuk turbin-turbin yang bekerja pada kecepatan tinggi jumlah nosel diperbanyak Hubungan antara jumlah nosel dengan keceptan sepesifik adalah sebagai berikut.Pengaturan nosel pada turbin poros vertikal dan horizontal dapat dilihat pada gambar di bawah ini

Turbin aliran ossberger

Pada turbin impuls pelton beroperasi pada head relatif tinggi, sehingga pada head yang rendah operasinya kurang efektif atau efisiensinya rendah. Karena alasan tersebut, turbin pelton jarang dipakai secara luas untuk pembangkit listrik skala kecil. Sebagai alternatif turbin jenis impuls yang dapat beroperasi pada

head rendah adalah turbin impuls aliran ossberger atau turbin crossflow. Pada gambar adalahturbin crossflow, konstruksi turbin ini terdiri dari komponen utama yaitu ;1. Rumah turbin2. Alat pengarah3. Roda jalan4. Penutup5. Katup udara6. Pipa hisap7. Bagian peralihan

Aliran air dilewatkan melalui sudu sudu jalan yang berbentuk silinder, kemudian aliran air dari dalam silinder ke luar meluluisudu-sudu. Jadi perubahan energi aliran air menjadi energi mekanik putar terjadi dua kali yaitu pada waktu air masuk silinder dan air ke luar silinder. Energi yang diperoleh dari tahap kedua adalah 20%nya dari tahap pertama.

Air yang masuk sudu diarahkan oleh alat pengarah yang sekaligus berfungsi sebagai nosel seperti pada turbin pelton. Prinsip perubahan energi adalah sama dengan turbin impuls pelton yaitu energi kinetik dari pengarah dikenakan pada sudu-sudu pada tekanan yang sama.

Turbin Francis

Turbin francis adalah termasuk turbin jenis ini Konstruksi turbin terdiri dari dari sudu pengarah dan sudu jalan, dan kedua sudu tersebut, semuanya terendam di dalam aliran air. Air pertamamasuk pada terusan berbentuk rumah keong. Perubahan energi seluruhnya terjadi pada sudu pengarah dan sudu gerak. Aliran air masuk ke sudu pengarah dengan kecepatan semakin naik degan tekanan yang semakin turun sampai roda jalan, pada roda jalan kecapatan akan naik lagi dan tekanan turun sampai di bawah 1 atm.Untuk menghindari kavitasi, tekanan harus dinaikan sampai 1 atm dengan cara pemasangan pipa hisap.Pengaturan daya yang dihasilkan yaitu dengan mengatur posisi pembukaan sudu pengarah, sehingga kapasitas air yang masuk ke roda turbin dapat diperbesaratau diperkecil. Turbin francis dapat dipasang dengan poros vertikal dan horizontal .contoh seperti gambar di bawah ini

Turbin Kaplan

Turbin kaplan cara kerjanya menggunakan prinsip reaksi. Turbin ini mempunyai roda jalan yang mirip dengan baling-baling pesawat terbang]. Bila baling-baling pesawat terbang berfungsi untuk menghasilkan gaya dorong, roda jalan pada kaplan berfungsi untuk mendapatkan gaya F yaitu gaya putar yang dapat menghasilkantorsi pada poros turbin. Berbeda dengan roda jalan pada francis, sudu-sudu pada roda jalan kaplan dapat diputar posisinya untuk menyesuaikan kondisi beban turbin [gambar 21.11]. Turbin kaplan banyak dipakai pada instalasi pembangkit listrk tenaga air sungai, karena turbin ini mempunyai kelebihan dapat menyesuaikan head yang berubah-ubah sepanjang tahun. Turbin kaplan dapat beroperasi pada kecepatan tinggi sehingga ukuran roda turbin lebih kecil dan dapat dikopel langsung dengan generator. Pada kondisi pada beban tidak penuh turbin kaplan mempunyai efisiensi paling tinggi, hal ini dikarenakan sudu-sudu turbin kaplan dapat diatur menyesuaikan dengan beban yang ada.

Dapat dilihat pada gambar diatas terlihat turbin kaplan adalah turbin yang beroperasi pada head yang rendah dengan kapasitas aliran air yang tinggi atau bahkan beroperasi pada kapasitas yang sangat renah. Hal ini karena sudu-sudu trubin kaplan dapat diatur secara manual atau otomatis untuk merespon perubahan kapasitas Berkebalikan denga turbin kaplan turbin pelton adalah turbin yang beroperasi dengan head tinggi dengan kapasitas yang rendah. Untuk turbin francis mempunyai karakteritik yang berbeda dengan lainnya yaitu turbin francis dapat beroperasi pada head yang rendah atau beroperasi pada head yang tinggi.

D. Turbin Angin

Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulubanyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill.

Turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversienergi dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. Walaupun sampai saat ini pembangunan turbin angin masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik konvensional (Contoh: PLTD,PLTU,dll), turbin angin masih lebih dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (Contoh : batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik.

Contoh gambar turbin angin

Komponen - komponen Turbin Angin

GearboxAlat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada kincir

menjadi putaran tinggi. Biasanya Gearbox yang digunakan sekitar 1:60.

Brake SystemDigunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah gearbox agar bekerja pada titik aman saat terdapat angin yang besar. Alat ini perlu dipasang karena generator memiliki titik kerja aman dalam pengoperasiannya. Generator ini akan menghasilkan energi listrik maksimal pada saat bekerja pada titik kerja yang telah ditentukan. Kehadiran angin di luar digunakan akan menyebabkan putaran yang cukup cepat pada poros generator, sehingga jika tidak di atasi maka putaran ini dapat merusak generator. Dampak dari kerusakan akibat putaran berlebih diantaranya : overheat, rotor breakdown, kawat pada generator putus karena tidak dapat menahan arus yang cukup besar.

GeneratorIni adalah salah satu komponen terpenting dalam pembuatan sistem turbin angin. Generator ini dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Prinsip kerjanya dapat dipelajari dengan menggunakan teori medan elektromagnetik. Singkatnya, (mengacu pada salah satu cara kerja generator) poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik permanen. Setelah itu disekeliling poros terdapat stator yang bentuk fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika poros generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada stator yang akhirnya karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC (alternating current) yang memiliki bentuk gelombang kurang lebihsinusoidal.

Penyimpan energiKarena keterbatasan ketersediaan akan energi angin (tidak sepanjang hari angin akan selalu tersedia) maka ketersediaan listrik pun tidak menentu. Oleh karena itu digunakan alat penyimpan energi yang berfungsi sebagai back-up energi listrik. Ketika beban penggunaan daya listrik masyarakat meningkat atau ketika kecepatan angin suatu daerah sedang menurun, maka kebutuhan permintaan akan daya listrik tidak dapat terpenuhi. Oleh karena itu kita perlu menyimpan sebagian energi yang dihasilkan ketika terjadi kelebihan daya pada saat turbin angin berputar kencang atau saat penggunaan daya pada masyarakat menurun. Penyimpanan energi ini diakomodasi dengan menggunakan alat penyimpan energi. Contoh sederhana yang dapat dijadikan referensi sebagai alat penyimpan energi listrik adalah aki mobil.Aki mobil memiliki kapasitas penyimpanan energi yang cukup besar.Aki 12 volt, 65 Ah dapat dipakai untuk mencatu rumah tangga (kurang lebih) selama 0.5 jam pada daya 780 watt.

Kendala dalam menggunakan alat ini adalah alat ini memerlukan catu daya DC (Direct Current) untuk meng-charge/mengisi energi, sedangkan dari generator dihasilkan catu daya AC (Alternating Current). Oleh karena itu diperlukan rectifier-inverter untuk mengakomodasi keperluan ini. Rectifier-inverter akan dijelaskan berikut.

Rectifier-inverterRectifier berarti penyearah. Rectifier dapat menyearahkan gelombang sinusoidal (AC) yang dihasilkan oleh generator menjadi gelombang DC. Inverter berarti pembalik. Ketika dibutuhkan daya dari penyimpan energi (aki/lainnya) maka catu yang dihasilkan oleh aki akan berbentuk gelombang DC. Karena kebanyakan kebutuhanrumah tangga menggunakan catu daya AC , maka diperlukan inverter untuk mengubah gelombang DC yang dikeluarkan oleh aki menjadi gelombang AC, agar dapat digunakan oleh rumah tangga.

Turbin angin mempunyai dua jenis, yaitu:

1. Turbin angin sumbu horizontal2. Turbin angin sumbu tegak (misalnya turbin angin Darrieus)

Turbin Angin Sumbu Horizontal

Turbin angin sumbu horizontal (TASH) memiliki poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara. Turbin berukuran kecil diarahkan oleh sebuah baling-baling angin (baling-baling cuaca) yang sederhana, sedangkan turbin berukuran besar pada umumnya menggunakan sebuah sensor angin yang digandengkan ke sebuah servo motor. Sebagian besar memiliki sebuah gearbox yang mengubah perputaran kincir yang pelan menjadi lebih cepat berputar.

Karena sebuah menara menghasilkan turbulensi di belakangnya,turbin biasanya diarahkan melawan arah anginnya menara. Bilah-bilah turbin dibuat kaku agar mereka tidak terdorong menuju menara oleh angin berkecepatan tinggi. Sebagai tambahan, bilah-bilah itu diletakkan di depan menara pada jarak tertentu dan sedikit dimiringkan.

Kelebihan TASH

Dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yanglebih kuat di tempat-tempat yang memiliki geseran angin(perbedaan antara laju dan arah angin antara dua titik yangjaraknya relatif dekat di dalam atmosfer bumi. Di sejumlahlokasi geseran angin, setiap sepuluh meter ke atas,kecepatan angin meningkat sebesar 20%.

Kelemahan TASH

Menara yang tinggi serta bilah yang panjangnya bisa mencapai90 meter sulit diangkut. Diperkirakan besar biayatransportasi bisa mencapai 20% dari seluruh biaya peralatanturbin angin.

TASH yang tinggi sulit dipasang, membutuhkan derek yang yangsangat tinggi dan mahal serta para operator yang tampil.

Konstruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyanggabilah-bilah yang berat, gearbox, dan generator.

TASH yang tinggi bisa memengaruhi radar airport. Ukurannya yang tinggi merintangi jangkauan pandangan dan

mengganggu penampilan lansekap. Berbagai varian downwind menderita kerusakan struktur yang

disebabkan oleh turbulensi. TASH membutuhkan mekanisme kontrol yaw tambahan untuk

membelokkan kincir ke arah angin.

Turbin Angin Sumbu Vertikal

Turbin angin Darrieus 30   m di Kepulauan Magdalen

Turbin angin sumbu vertikal/tegak (atau TASV) memilikiporos/sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus. Kelebihan utamasusunan ini adalah turbin tidak harus diarahkan ke angin agarmenjadi efektif. Kelebihan ini sangat berguna di tempat-tempatyang arah anginnya sangat bervariasi. VAWT mampu mendayagunakanangin dari berbagai arah.

Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisaditempatkan di dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnyadan lebih mudah diakses untuk keperluan perawatan. Tapi inimenyebabkan sejumlah desain menghasilkan tenaga putaran yangberdenyut. Drag (gaya yang menahan pergerakan sebuah benda padatmelalui fluida (zat cair atau gas) bisa saja tercipta saat kincirberputar.

Kelebihan TASV

Tidak membutuhkan struktur menara yang besar. Karena bilah-bilah rotornya vertikal, tidak dibutuhkan

mekanisme yaw.

Sebuah TASV bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat pemeliharaan bagian-bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah.

TASV memiliki sudut airfoil (bentuk bilah sebuah baling-baling yang terlihat secara melintang) yang lebih tinggi, memberikan keaerodinamisan yang tinggi sembari mengurangi drag pada tekanan yang rendah dan tinggi.

Desain TASV berbilah lurus dengan potongan melintang berbentuk kotak atau empat persegi panjang memiliki wilayah tiupan yang lebih besar untuk diameter tertentu daripada wilayah tiupan berbentuk lingkarannya TASH.

TASV memiliki kecepatan awal angin yang lebih rendah daripada TASH. Biasanya TASV mulai menghasilkan listrik pada10km/jam (6 m.p.h.)

TASV biasanya memiliki tip speed ratio (perbandingan antara kecepatan putaran dari ujung sebuah bilah dengan laju sebenarnya angin) yang lebih rendah sehingga lebih kecil kemungkinannya rusak di saat angin berhembus sangat kencang.

TASV bisa didirikan pada lokasi-lokasi dimana struktur yang lebih tinggi dilarang dibangun.

TASV yang ditempatkan di dekat tanah bisa mengambil keuntungan dari berbagai lokasi yang menyalurkan angin sertameningkatkan laju angin (seperti gunung atau bukit yang puncaknya datar dan puncak bukit),

TASV tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah. Kincir pada TASV mudah dilihat dan dihindari burung.

Kekurangan TASV

Kebanyakan TASV memproduksi energi hanya 50% dari efisiensi TASH karena drag tambahan yang dimilikinya saat kincir berputar.

TASV tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebihkencang di elevasi yang lebih tinggi.

Kebanyakan TASV mempunyai torsi awal yang rendah, dan membutuhkan energi untuk mulai berputar.

Sebuah TASV yang menggunakan kabel untuk menyanggahnya memberi tekanan pada bantalan dasar karena semua berat rotordibebankan pada bantalan. Kabel yang

dikaitkan ke puncak bantalan meningkatkan daya dorong ke bawah saat angin bertiup.

Kesimpulan

Turbin adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari aliran fluida.Turbin sederhana memiliki satu bagian yang bergerak, "asembli rotor-blade".Fluida yang bergerak menjadikan baling-baling berputar dan menghasilkan energi untuk menggerakkanrotor.Contoh turbin awal adalah kincir angin dan roda air.Sebuah turbin yang bekerja terbalik disebut kompresor atau pompa turbo.Turbin gas, uap dan air biasanya memiliki "casing" sekitar baling-baling yang memfokus dan mengontrol fluid."Casing" dan baling-baling mungkin memiliki geometri variabel yang dapat membuat operasi efisien untuk beberapa kondisi aliran fluid.Energi diperoleh dalam bentuk tenaga "shaft" berputar.

Turbin uap menggunakan media uap air sebagai fluida kerjanya. Banyak digunakan untuk pembangkit tenaga listrik denganmenggunakan bahan bakar batubara, solar, atau tenaga nuklir. Prinsip dari turbin ini adalah untuk mengkonversi energi panas dari uap air menjadi energi gerak yang bermanfaat berupa putaran rotor.

Turbin Gas Turbin jenis ini menggunakan fluida udara yang dipanaskan secara cepat sebagai fluida kerjanya. Sebuah kompresoryang berfungsi untuk mengkompres udara dipasang satu poros denganturbin (coupled).

Turbin Air Turbin ini termasuk jenis turbin yang paling sederhana disamping kincir angin. Ada 3 jenis turbin air yaitu turbin Pleton, turbin Franchis, dan turbin Kaplan.

Turbin angin lebih dikenal dengan kincir angin, berfungsi untuk mengkonversi energi kinetik dari anginmenjadi energi gerak.

Turbin Impuls 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.

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).

Penutup

Demikian yang dapat kami paparkan mengenai materi yang menjadi

pokok bahasan dalam makalah ini, tentunya masih banyak kekurangan

dan kelemahannya, kerena terbatasnya pengetahuan dan kurangnya

rujukan atau referensi yang ada hubungannya dengan judul makalah

ini.

Kami banyak berharap para pembaca yang budiman dusi memberikan

kritik dan saran yang membangun kepada kami demi sempurnanya

makalah ini dan dan penulisan makalah di kesempatan-kesempatan

berikutnya. Semoga makalah ini berguna bagi penulis pada

khususnya juga para pembaca yang budiman pada umumnya.

Daftar Pustaka

http://fitransyah.wordpress.com/2013/07/25/definisi-dan-klasifikasi-turbin/

http://artikata.com/arti-355474-turbin.html

http://www.tridentes.com/energy/en/turbines.html

http://www.ynqlj.com/ynsts/show.asp?id=3899

http://arya1984.wordpress.com/2010/02/14/turbin-gas/

http://industryoleochemical.blogspot.com/2012/03/pengertian-dan-jenis-jenis-turbin.html

http://www.forumbebas.com/thread-145818.html

http://puballattack.blogspot.com/2014/06/turbin-gas.html

http://www.rider-system.net/2011/10/sejarah-turbin-uap.html

http://ibnunursaid.blogspot.com/2011/04/sejarah-turbin.html