PT PLN (PERSERO) PUSDIKLAT UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SURALAYA KOMPONEN UTAMA PEMBANGKIT TURBIN UAP & TURBIN GAS 1. TURBIN UAP DAN SUDU 1.1. Konversi Energi 1.1.1. Si!"s Ter#o$in%#i% Berdasarkan aliran fluida kerjanya, siklus turbin uap yang merupakan bagian dari siklus PLTU sederha na adal ah sik lus Rankine. Siklus Rankine dapa t digambark an dengan diagram T – s seperti gambar dibawah. dapun urutan kerja adalah sebagai berikut a – b ir dip!mpa sehingga tekanan dan temperaturnya naik . Pr!ses ini terjadi pada sistem air pengisi. b – " ir dipanaskan sehingga temperaturnya naik mendekati titik didihnya. Pr!ses ini terjadi ek!n!miser. " – d ir di panaskan hingga mendi dih s ehingga berubah menja di uap jenuh. Pr!ses ini terjadi di b!iler #pipa pemanas dan drum$. d – e Uap j enuh di panaskan sehingga temperaturnya naik dan menjadi uap superheat. Pr!ses ini terjadi di b!iler #superheater$. e –f Uap superheat dari b!iler ber ekspansi sehingga tekanan dan temperatur nya turun. Pr!ses ini terjadi di turbin. f – a Uap keluar turbin didinginkan sehingga berubah l agi menjadi air. Pr!ses ini terjadi didalam k!ndens!r. Gambar 1. Diangam T – s Siklus Rankine PLT U TOTO B/UNJ/2001
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
1.1.1. Si!"s Ter#o$in%#i%Berdasarkan aliran fluida kerjanya, siklus turbin uap yang merupakan bagian dari siklusPLTU sederhana adalah siklus Rankine. Siklus Rankine dapat digambarkan dengandiagram T – s seperti gambar dibawah. dapun urutan kerja adalah sebagai berikut
a – b ir dip!mpa sehingga tekanan dan temperaturnya naik . Pr!ses ini terjadipada sistem air pengisi.
b – " ir dipanaskan sehingga temperaturnya naik mendekati titik didihnya. Pr!ses
ini terjadi ek!n!miser.
" – d ir dipanaskan hingga mendidih sehingga berubah menjadi uap jenuh. Pr!ses
ini terjadi di b!iler #pipa pemanas dan drum$.d – e Uap jenuh dipanaskan sehingga temperaturnya naik dan menjadi uap
superheat. Pr!ses ini terjadi di b!iler #superheater$.
e –f Uap superheat dari b!iler ber ekspansi sehingga tekanan dan temperatur
nya turun. Pr!ses ini terjadi di turbin.
f – a Uap keluar turbin didinginkan sehingga berubah lagi menjadi air. Pr!ses ini
%erja yang dihasilkan !leh suatu pr!ses siklus adalah sama dengan jumlah perpindahan
panas #kal!r$ pada fluida kerja selama pr!ses siklus tersebut berlangsung. &adi untuk
pr!ses siklus a – b – " – d – e – f – a adalah
' ( ∫ T ds
Luas a – b – " – d – e – f – a pada diagram T – s ( kerja persatuan berat fluida kerja.
)akin besar luas diagram tersebut makin besar pula kerja yang dihasilkan.
Sedangkan energi yang dimasukkan ke dalam sistem #pr!ses pemanasan fluida kerja$
adalah * +w ( luas m – a – b – " – d – e – f n
%erja yang dihasilkan !leh sistem PLTU adalah w ( wT wp
-imana,
'T ( kerja yang dihasilkan !leh turbin persatuan berat fluida kerja
'P ( kerja yang diperlukan untuk menggerakkan p!mpa persatuan berat
fluida kerja.
%erja turbin 'T adalah selish entalpi uap masuk turbin dan keluar turbin atau ehaust
steam .
'T ( he – hf
Sedangkan kerja p!mpa adalah selisih entalpi fluida keluar p!mpa dengan entalpi masuk
p!mpa. tau
'P ( hb ha
1.1.&. Prinsi' Ker% T"rin U%'
Suatu turbin dapat terdiri dari satu dua atau banyak silinder yang merupakan mesin r!tasi
berfungsi untuk merubah energi panas menjadi energi mekanik. Tiap silinder memiliki
sebuah r!t!r yang disangga !leh bantalanbantalan. R!t!rr!t!r tersebut disambung
menjadi satu termasuk r!t!r generat!r. Ruang diantara r!t!r dengan rumah turbin #"asing$
terdiri dari rangkaian sudusudu tetap dan sudusudu gerak yang dijajarkan berselang
seling.
Sudusudu tetap dipasang disekeliling bagian dalam rumah turbin, sedang rangkaian sudu
gerak dipasang pada r!t!r. Bila kedalam turbin dialirkan uap, maka energi panas yang
dikandung uap akan diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran p!r!s.
)ulamula energi panas dalam uap diubah terlebih dahulu menjadi energi kinetik
#ke"epatan$ dengan "ara melewatkan uap melalui n!seln!sel. Uap berke"epatan tinggi
kemudian diarahkan ke sudusudu sehingga menghasilkan putaran p!r!s turbin dimana
energi mekanik ini selanjutnya dapat digunakan untuk menggerakkan generat!r, p!mpa
dan sebagainya.
Perubahan energi panas menjadi energi kinetik terjadi didalam n!sel #sudu diam$ turbin,sedangkan perubahan energi kinetik menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran r!t!r
&adi didalam turbin, uap mengalami pr!ses ekspansi yaitu penurunan tekanan dan
mengalir se"ara k!ntinyu. kibat pengurangan tekanan uap didalam rangkaian sudusudu,
maka ke"epatan uap meningkat sangat tinggi. %e"epatan aliran uap tersebut akan
bergantung pada selisih banyaknya panas uap sebelum dan sesudah ekspansi. Selisih
banyaknya panas uap sebelum dan sesudah ekspansi didalam turbin dinamakan
penurunan panas / heat dr!p.
1.&. *enis S"$" T"rin
Berdasarkan a0as tekanan uap yang digunakan untuk menggerakkan r!da/r!t!r turbin
sebelum masuk dan setelah keluar dari sudusudu yang terpasang pada r!da tersebut,
maka dikenal sudu impuls dan sudu reaksi. Turbin uap untuk pembangkit listrik saat ini
umumnya terdiri dari k!mbinasi kedua ma"am sudu tersebut.
Gambar 4. Prinsip Sudu Reaksi dan sudu impuls
1.&.1. S"$" I#'"!s
Sudu impuls juga disebut sudu aksi atau sudu tekanan tetap, adalah sududimana uap mengalami ekspansi hanya dalam sudusudu tetap. Sudusudu tetap berfungsi
sebagai n!sel #saluran pan"ar$ sehingga uap yang melewati akan mengalami peningkatanenergi kinetik.
Uap dengan ke"epatan tinggi selanjutnya akan membentur #impuls$ sudusudu gerak.Benturan antara uap dengan sudu gerak ini menimbulkan gaya yang mengakibatkan p!r!sturbin berputar.
Setelah memutar sudu gerak, selanjutnya uap diarahkan masuk ke dalam sudutetap baris berikutnya. Selama melintasi sudu gerak tekanan dan entalpi uap tidakberubah. -engan demikian pada sudu impuls penurunan tekanan dan energi panasuap hanya terjadi pada sudusudu tetap atau n!sel.
1.&.&. S"$" Re%si-alam suatu turbin yang terdiri dari 122 3 sudusudu reaksi, maka sudusudu gerak juga
berfungsi sebagai n!seln!sel sehingga uap yang melewatinya akan mengalami
peningkatan ke"epatan dan penurunan tekanan. Peningkatan ke"epatan ini akan
menimbulkan gaya reaksi yang arahnya berlawanan dengan arah ke"epatan uap.
4ambar 5. pr!fil dan karakteristik sudu Reaksi dan impuls
4aya reaksi pada sudu gerak inilah yang akan memutar p!r!s turbin. Uap
selanjutnya dialirkan ke sudu tetap yang berfungsi untuk mengarahkan uap ke sudu
k!ndensasi adalah turbin yang saluran keluarnya dihubungkan dengan k!ndens!r,sehingga tekanan uap pada saluran keluar lebih ke"il dari 1 atm!sfir, sedangkan turbin
tekanan lawan adalah turbin yang tekanan uap keluarnya diatas tekanan atm!sfir. Turbin
tekanan lawan jarang sekali digunakan.
1.&.+. S"$" I#'"!s Re%si-idalam turbin reaksi pr!ses ekspansi #penurunan tekanan$ terjadi baik didalam sudu
tetap maupun sudu gerak. Pada turbin reaksi baris sudu tetap maupun sudu gerakberfungsi sebagai n!sel sehingga ke"epatan relatif uap keluar setiap sudu lebih besar darike"epatan relatif uap masuk sudu yang bersangkutan. )eskipun demikian ke"epatanabs!lut uap keluar sudu gerak lebih ke"il daripada ke"epatan abs!lut uap masuk sudugerak yang bersangkutan, karena sebagian energi kinetik diubah menjadi kerja memutar r!da turbin.
Tekanan uap keluar sudu lebih rendah daripada tekanan uap masuk sudu yangbersangkutan sehingga akan memperbesar gaya aksial pada bantalan. Untuk mengetahuiberapa besar penurunan entalpi uap didalam baris sudu gerak didalam satu tingkat,la0imnya dipakai parameter derajat reaksi #-R$ yang didefinisikan sebagai
'an ( ( ( ( ( ( (
( ( ( ( ( (
bersangku yang tingkat satudidalamtotal entalpi Penurunan
gerak sudubaris satudidalamentalpi Penurunan DR =
Sedangkan didalam turbin impuls penurunan tekanan hanya terjadi pada n!sel, pada sudugerak tidak terjadi penurunan tekanan #impuls 1223$.6amun demikian didalam praktek tidak dijumpai turbin reaksi 122 3 maupun impuls1223 . 7al ini disebabkan karena selalu ada gesekan antara fluida kerja dengan start!r dan r!t!r, sehingga didalam sudu tetap maupun sudu gerak terjadi penurunan tekanan.
Pada turbin reaksi apabila sudusudu tetap dan sudusudu gerak pr!filnya sama, maka
penurunan panas uap ketika melintasi tiaptiap baris dari setiap tingkat akan menjadi sama.
Turbin sema"am ini disebut turbin dengan -R setengah atau lebih umum turbin reaksi
Terdapat banyak 8ariasi susunan, karakteristik dan k!nstruksi turbin yang diterapkan di unitPLTU. 9leh karena itu turbin dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kel!mp!k sesuaidengan aliran uap dan "asingnya. Pengel!mp!kkan itu dapat dibedakan menjadi *
Turbin reheat Turbin ekstraksi
Turbin single "asing :haust fl!w liran uap
&.1. T"rin Re-e%
&.1.1. Siri "%'Salah satu karakteristik yang dapat dipakai untuk mengklasifikasikan turbin adalah reheatdan n!n reheat. Turbin reheat terdiri lebih dari satu silinder dan uap mengalami pr!sespemanasan ulang di reheater b!iler. Pada turbin reheat, uap yang keluar dari TurbinTekanan Tinggi #7P$ dialirkan kembali kedalam ketel. -idalam ketel, uap ini dipanaskankembali pada elemen pemanas ulang #reheater$ untuk selanjutnya dialirkan kembalimelalui saluran reheat ke Turbin Tekanan )enengah dan Turbin Tekanan Rendah.
Se"ara umum, ada dua keuntungan yang dapat diper!leh dari pr!ses pemanasan ulanguap ini yaitu * meningkatkan efisiensi siklus term!dinamika dan mengurangi !pr!ses er!sipada sudusudu turbin tingkat akhir karena kualitas uap keluar dari LP turbin menjadi lebih
kering.
&.1.&. As'e O'er%si %!nstruksi turbin reheat umumnya silinder tekanan tinggi #7P$ dan silinder tekananmenengha #;P$ berada dalam satu "asing. -engan k!nstruksi seperti itu, maka salah satuaspek yang penting untuk diperhatikan adalah bahwa perbedaan temperatur antara mainsteam dengan reheat steam tidak b!leh terlampau besar. Umumnya pabrik pembuat turbinakan merek!mendasikan besarnya harga perbedaan temperatur yang masih dii0inkan. Bilaharga perbedaan temperatur yang telah direk!mendasikan ini terlampaui, akan terjadistress thermal pada "asing serta r!t!r turbin.
&.&. T"rin Esr%si
&.&.1. Siri "%'<ara lain yang juga dipakai untuk mengklasifikasikan turbin adalah melalui sistem ekstraksidan n!n ekstraksi. Turbin ekstraksi #etra"ti!n turbine$ adalah turbin yang mengekstraksebagian uap yang mengalir dalam turbin.
Pengekstraksian uap ini dapat dilakukan di beberapa tempat disepanjang "asing turbin.Uap yang diekstrak kemudian dialirkan ke pemanas awal air pengisi untuk memanaskan air pengisi. Tekanan dan aliran uap ekstraksi sangat tergantung pada beban.
Pada turbinturbin ekstraksi yang relatif ke"il, 8ariasi tekanan dan aliran uap ekstraksi tidak
terlalu signifikan sehingga tidak diperlukan katup pengatur pada saluran uap ekstraksinya.Tetapi pada turbin ekstraksi yang besar, 8ariasi ini "ukup besar sehingga diperlukan katup
pengatur pada saluran ekstraksi guna meng!ntr!l tekanan/aliran uap ekstraksi. Turbinekstraksi seperti ini disebut Turbin :kstraksi 9t!matis #ut!mati" :tra"ti!n Turbine$.
4ambar =. turbin multi silinder dengan reheat
Sedangkan pada turbin n!n ekstraksi, tidak dilakukan ekstraksi uap sama sekali. &adiseluruh uap yang mengalir masuk turbin n!n ekstraksi akan keluar meninggalkan turbinmelalui ehaust.
&.&.&. As'e O'er%siPengambilan #ekstraksi$ uap dari turbin mengakibatkan kerja uap didalam turbin berkurang
sehingga kemampuan turbin juga akan berkurang. -isisi lain terjadi peningkatan panaspada air pengisi sehingga mengurangi k!nsumsi bahan bakar untuk memanaskan air tersebut.
%euntungan lainnya adalah karena jumlah uap masuk k!ndens!r berkurtang, makapembuangan panas ke air pendingin juga berkurang. -engan demikian mengurangi jumlahkerugian panas.
)engingat uap ekstraksi akan mengurangi jumlah uap yang melakukan kerja dalam turbin,maka pengaliran uap ekstraksi dilakukan apabila turbin telah berbeban diatas batasminimumnya. 7al ini untuk menghindari ketidak stabilan !perasi turbin karena ketika bebanrendah aliran uap ke turbin juga masih rendah.
&.+. T"rin Sing!e /%sing
&.+.1. Sing!e /%sing<ara berikutnya yang juga dapat dipakai untuk mengklasifikasikan turbin adalah melaluik!nstruksi single "asing turbine atau multy "asing #"!mp!und$ turbine.Turbin single "asing adalah turbin dimana seluruh tingkat sudusudunya terletak didalamsatu "asing saja seperti terlihat pada gambar 1>a. ;ni merupakan k!nstruksi turbin yangpaling sederhana tetapi hanya dapat diterapkan pada turbinturbin kapasitas ke"il.
4ambar 11. Turbin multi silinder dengan beberapa uap ekstraksi
Untuk turbinturbin kapasitas yang lebih besar, k!nstruksi single "asing menjadi kurang"!"!k. %arenya dibuatlah turbinturbin dengan ? "asing atau lebih #multy "asing$. %!mp!sisidari turbin multy "asing ada ? ma"am yaitu * Tandem <!mp!und dan <r!ss <!mp!und.
&.+.&. T"rin 0o#'o"n$ (#"!i) 0%sing%!mp!sisi tandem "!mp!und terlihat seperti pada gambar 1?b. Pada turbin tandem"!mp!und, "asing"asing dipasang se"ara seri antara satu dengan lain sehinggga sumbusumbu aksial "asing berada dalam 1 garis. -alam ilustrasi terlihat turbin tandem "!mp!unddengan ? "asing. Untuk turbinturbin yang besar dapat terdiri hingga 5 "asing.
Sedangkan gambar 1?" memperlihatan k!mp!sisi @<r!ss <!mp!und TurbineA. -alamk!mp!sisi ini, "asing turbin diletakkan dalam p!sisi paralel satu dengan yang lain dimanamasingmasing "asing memiliki p!r!s /r!t!rnya sendiri sendiri. &adi r!t!rr!t!r dari turbin initerpisah satu dengan yang lainnya.
Turbin PLTU dengan k!mp!sisi "r!ss "!mp!und berarti juga mempunyai ? generat!r.%arena ada ? generat!r yang digerakkan, maka ukuran masingmasing generat!r menjadilebih ke"il dibanding apabila digunakan 1 generat!r dengan t!tal kapasitas yang sama. 7alini memberikan keuntungan karena mempermudah pabrikasi serta transp!rtasi.
%!nfigurasi turbin yang beraneka ragam menimbulkan k!nsekuensi keanekaragaman sistem aliran uap pada turbin. -itinjau dari aliran uapnya turbin dapat
dibedakan menjadi * tandem "!mp!und single fl!w, d!uble fl!w dan reheat.
&.5.1. Sing!e ,!o3.
Sistem aliran uap tandem single fl!w terlihat seperti ilustrasi gambar 1C.Pada turbin dengan sistem aliran uap sema"am ini, timbul gaya aksial yang "ukup besar searah aliran uap.
Gambar 1). Tan"em *%m%n" !ingle +l%,.
&.5.&. Do"!e ,!o3.
liran uap pada turbin jenis ini dipe"ah menjadi dua, dan dapat dibuat dalam arah
yang saling berlawanan seperti terlihat dalam gambar 15.
Gambar 1-. Trbin "engan aliran %ble /l%,
Dersi lain dari sistem ini adalah k!nstruksi turbin seperti gambar 1C, tetapi dengan Re8erse
fl!w. Pada kedua 8ersi tersebut, gaya aksial yang timbul pada r!t!r b!leh dikatakan
""ess!ry gear adalah r!da gigi yang menghubungkan p!r!s turbin dengan starting
de8i"e, turning gear atau p!mpa bahan bakar minyak dan peralatan lainnya.
Pada saat turbin gas ber!perasi, a""ess!ry gear berfungsi sebagai gigi
penggerak peralatan bantu yang digerakkan !leh p!r!s turbin.
4ambar >F, diagram a""ess!ries gear .
g. Starting De#ice
Turbin gas tidak dapat dijalankan #start$ tanpa bantuan tenaga pemutar dari luar.
Sebagaimana telah disebutkan diatas turbin gas digerakkan !leh fluida kerja berupa gaspanas. 4as panas merupakan gas hasil pembakaran bahan bakar dan udara. Udara
diper!leh dari k!mpres!r aksial yang diputar !leh turbin gas.
Pada saat mesin turbin gas st!p, maka k!mpres!r tidak menghasilkan udara. 9leh sebab
itu untuk menjalankan mesin turbin gas diperlukan alat pemutar awal. ungsi alat
pemutar awal #starting de8i"e$ adalah memutar turbin dari ke"epatan n!l hingga mampu