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.