turbin mesin
DESCRIPTION
turbin uapTRANSCRIPT
BAB I
PENDAHULAUAN
A. Latar Belakan
Turbin merupakan sebuah alat yang salah satunya digunakan untuk
membangkitkan suatu energi. Di Indonesia telah tersebar berbagai macam turbin,
mulai dari turbin gas, turbin air dan turbin uap. Turbin sangat membantu dalam
kehidupan sehari-hari kita, salah satunya untuk memenuhi kebutuhan kita yang
tidak lepas dari alat tersebut, yaitu listrik. Dengan turbin kita dapat melakukan
kegiatan malam tanpa harus dalam kondisi gelap. Kegiatan malam akan berjalan
lancar dengan adanya listrik yang tidak lepas dari turbin tersebut.
Semakin banyaknya turbin dan pesatnya perkembangan turbin tersebut, kini
turbin tak asing lagi. Segala macam cara dilakukan untuk memodifikasi kembali
turbin tersebut hanya untuk meningkatkan kenyamanan bagi pemakai, baik
individu maupun kelompok. Terlebih lagi dengan adanya perkembangan
teknologi saat ini, proses pemodifikasian turbin tersebut menjadi lebih mudah
dilakukan.
Dengan adanya berbagi macam turbin tersebut yang telah tersebar hingga
dipelosok Indonesia, maka kami berupaya untuk menulis sebuah makalah yang
menyangkut permasalahan tersebut yaitu Turbin Uap.
B. Tujuan
Tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut :
1
1. Dapat menentukan macam-macam turbin yang biasa dipakai sehari-hari.
2. Mengidentifikasikan definisi dari turbin uap.
3. Menentukan komponen-komponen dari turbin uap.
4. Menjelaskan cara kerja dari turbin uap.
5. Menentukan kegunaan dari turbin uap.
6. Serta dari pengamatan ini diharap dapat mengerti tentang kelebihan dan
kelemahan turbin uap.
C. Ruang Lingkup
Ruang lingkup dari turbin uap ini ada berbagai macam, sesuai penggunaan
dari turbin uap tersebut. Ruang lingkup yang saya dapat dari hasil penyusunan
makalah ini adalah industri, karena industri merupakan tempat yang paling banyak
menggunakan alat-alat yang berhubungan dengan turbin uap.
D. Metode
Ada berbagai metode yang kami gunakan dalam penyusunan makalah ini,
yaitu antara lain :
1. Pengamatan
Informasi-informasi yang kami kumpulkan berasal dari hasil pengamatan-
pengamatan yang kami lakukan yaitu dengan mengamati hal-hal yang
berhubungan dengan turbin uap.
2. Studi Pustaka
2
Selain dengan metode pengamatan terhadap turbin uap, kami juga mengumpulkan
informasi-informasi melalui metode studi pustaka, yaitu dengan cara menggali
informasi dari buku-buku serta media-media massa yang ada.
3
BAB II
PEMBAHASAN
A. Definisi 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.
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.
4
B. Komponen Instalasi Turbin Uap
a. 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.
Gambar 2.6. Pompa.
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
5
pengguna energi.
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
6
sedemikian rupa hingga dapat beroperasi seefesien mungkin.
Gambar 2.7. Boiler pipa air
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 memanaskan 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.
7
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 distribusi utama. Didalam pipa air, air
8
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.
Gambar 2.8. Turbin.
4. Kondensor
Kondensor merupakan alat penukar kalor yang berfungsi untuk
mengkondensasikan uap keluaran turbin. Uap setelah memutar turbin langsung
mengalir menuju kondensor untuk dirobah menjadi air (dikondensasikan), hal ini
9
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 benar–benar 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.
Gambar 2.9. Kondensor.
10
C. Prinsip Kerja Turbin Uap
Skema dari sebuah sistem turbin uap tertutup dapat dilihat pada gambar 1.
Sistem tersebut terdiri dari beberapa komponen utama yaitu ketel uap, turbin yang
menggerakan beban, kondensor dan pompa air ketel. Dengan demikian turbin
hanya merupakan salah satu komponen saja dari suatu sistem tenaga. Di dalam
turbin, tekanan dan temperatur uap turun, selama itu uap meninggalkan turbin dan
masuk ke dalam kondensor. Kondensor adalah suatu alat yang berfungsi untuk
mengembunkan uap dengan jalan mendinginkannya.
Air pengembunan yang terjadi di dalam kondensor disebut kondensat.
Dengan pertolongan sebuah pompa air dari kondensor dialirkan ke ketel uap.
Pompa tersebut biasanya diletakkan lebih rendah atau di bawah kondensor, oleh
karena pada umumnya kondensor bekerja dengan tekanan vakum. Oleh karena
ada kemungkinan kebocoran uap, maka perlu dimasukkan air tambahan (make up
water), sebanyak 3-4 % kapasitas produksi uap atau lebih, sesuai dengan sistem
yang dipergunakan.
11
Siklus ideal dari suatu sistem turbin uap sederhana adalah siklus Rankine
tertutup yang dapat digambar pada diagram T vs s atau pada diagram h vs s sperti
terlihat pada gambar 2 dan 3.
12
Daerah dibawah garis lengkung k - K - k’ pada diagram T - s dan h - s
merupakan daerah campuran fasa cair dan uap. Uap di dalam daerah tersebut
biasanya juga dinamakan basah. Garis k - K dinamai garis cair (jenuh), dimana
pada dan di sebelah kiri daerah tersebut air ada di fasa cair. Sedangkan garis K -
k’ dinamai garis uap jenuh, di mana pada dan di sebelah kanan garis tersebut air
ada dalam fasa uap (gas).
Uap di mana temperatur dan tekanan pada titik tersebut berturut-turut
dinamai temperatur kritis dan tekanan kritis.
Pada titik kritis keadaan cair jenuh dan uap jenuh adalah identik. Untuk
air, tekanan kritisnya Pc = 218,3 atm (3206,2 psia) dan temperatur kritisnya
adalah Tc = 374,2 oC (7045,4 oF). Pada tekanan lebih tinggi dari Pc tidak dapat
diketahui dengan pasti bilamana dan di mana perubahan dari fasa cair ke fasa uap.
Tetapi dalam hal tersebut biasanya dikatakan bahwa air ada dalam fasa cair
13
apabila temperaturnya di bawah Tc dan ada dalam fasa uap apabila temperaturnya
lebih tinggi dari pada Tc.
Siklus Rankine tertutup terdiri dari beberapa proses sebagai berikut :
1 ---> 2 Proses pemompaan isentropis di dalam pompa.
2 ---> 2’ ---> 3 Proses pemasukan kalor atau pemanasan pada tekanan konstan
di dalam ketel.
3 ---> 4 Proses ekspansi isentropik di dalam turbin atau mesin uap lainnya.
4 ---> 1 Proses pengeluaran kalor atau pengembunan pada tekanan konstan
di dalam kondensor.
Meskipun demikian, masih banyak variasi dari siklus Rankine tersebut di
atas. Misalkan kemungkinan diadakannya pemanasan lanjut dari 3 ---> 3’
sehingga siklusnya menjadi 1 ---> 2 ---> 3---> 3’ ---> 4’ ---> 1.
Menurut hukum termodinamika, kerja yang dihasilkan oleh suatu proses
siklus adalah sama dengan jumlah perpindahan kalor pada fluida kerja selama
proses siklus tersebut berlangsung.
Selanjutnya,secara singkat prinsip kerja turbin uap adalah sebagai berikut:
Uap masuk ke dalam turbin melalui nosel. Di dalam nosel energi panas
dari uap dirubah menjadi energi kinetis dan uap mengalami pengembangan.
14
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 kedalam nosel.
Uap yang memancar keluar dari nosel diarahkan ke sudu-sudu turbin yang
berbentuk lengkung dan dipasang di sekeliling roda turbin. Uap yang mengalir
melalui celah-celah di antara sudu-sudu turbin itu dibelokkan arahnya mengikuti
lengkungan dari sudu turbin. perubahan kecepatan uap ini menimbulkan gaya
yang mendorong sudu dan kemudian memutar roda dan poros turbin.
Jika uap masih mempunyai kecepatan saat meninggalkan sudu turbin,
berarti hanya sebagian energi kinetis dari uap yang diambil oleh sudu-sudu turbin
yang berjalan. Supaya energi kinetis yang tersisa saat meninggalkan sudu turbin
dapat dimanfaatkan, maka pada turbin umumnya dipasang lebih dari satu baris
sudu gerak. Sebelum memasuki baris kedua sudu gerak, arah kecepatan uap
harus dirubah lebih dahulu. Maka di 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 mungkin. Dengan demikian effisiensi turbin menjadi lebih tinggi karena
kehilangan energi relatif kecil.
15
D. Klasifikasi Turbin Uap
Turbin Uap dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori yang berbeda
berdasarkan pada konstruksinya, prinsip kerjanya dan menurut peoses penurunan
tekanan uap sebagai berikut :
1. Klasifikasi Turbin berdasarkan Prinsip Kerjanya
a. Turbin Impulse
Turbin impuls atau turbin tahapan impuls adalah turbin sederhana berrotor satu
atau banyak (gabungan ) yang mempunyai sudu-sudu pada rotor itu. Sudu
biasanya simetris dan mempunyai sudut masuk dan sudut keluar.
Turbin satu tahap.
Turbin impuls gabungan.
Turbin impuls gabungan kecepatan.
Ciri-ciri dari turbin impuls antara lain:
Proses pengembangan uap / penurunan tekanan seluruhnya terjadi pada sudu
diam / nosel.
Akibat tekanan dalam turbin sama sehingga disebut dengan Tekanan Rata.
b. Turbin Reaksi
Turbin reaksi mempunyai tiga tahap, yaitu masing-masingnya terdiri dari baris
sudu tetap dan dua baris sudu gerak. Sudu bergerrak turbin reaksi dapat dibedakan
dengan mudah dari sudu impuls karena tidak simetris, karena berfungsi sebagai
nossel bentuknya sama dengan sudu tetap walaupun arahnya lengkungnya
berlawanan.
16
Ciri-ciri turbin ini adalah :
Penurunan tekanan uap sebagian terjadi di Nosel dan Sudu Gerak
Adanya perbedaan tekanan didalam turbin sehingga disebut Tekanan
Bertingkat.
2. Klasifikasi turbin uap berdasarkan pada tingkat penurunan Tekanan Dalam Turbin
Turbin Tunggal ( Single Stage )
Dengan kecepatan satu tingkat atau lebih turbin ini cocok untuk untuk daya kecil,
misalnya penggerak kompresor, blower, dll.
Turbin Bertingkat (Aksi dan Reaksi ).
Disini sudu-sudu turbin dibuat bertingkat, biasanya cocok untuk daya besar. Pada
turbin bertingkat terdapat deretan sudu 2 atau lebih. Sehingga turbin tersebut
terjadi distribusi kecepatan / tekanan.
3. Klasifikasi turbin berdasarkan Proses Penurunan Tekanan Uap
Turbin Kondensasi.
Tekanan keluar turbin kurang dari 1 atm dan dimasukkan kedalam kompresor.
Turbin Tekanan Lawan.
Apabila tekanan sisi keluar turbin masih besar dari 1 atm sehingga masih dapat
dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin lain.
Turbin Ekstraksi.
Didalam turbin ini sebagian uap dalam turbin diekstraksi untuk roses pemanasan
lain, misalnya proses industri.
E. Fungsi Turbin Uap
17
Berfungsi untuk memutar generator, terdiri dari HP (high-pressure) turbine, IP
(intermediate-pressure) turbine dan LP (low-pressure) turbine. Turbine &
generator memiliki beberapa peralatan pendukung, yaitu lubricating oil system
dan generator cooling system.
18
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat kami ambil dari hasil penyusunan makalah ini
adalah sebagai berikut :
Dalam kehidupan sehari-hari turbin uap telah digunakan untuk melakukan
suatu pekerjaan khususnya dibidang industri.
Untuk menggunakan turbin uap dengan baik dan benar, maka kita harus
mengetahui cara kerja dari turbin uap tersebut, agar kesalahan yang mungkin
terjadi bias diminimalisir.
Turbin uap dapat diklasifikaasikan menjadi berbagai macam yaitu menurut
prinsip kerjanya, menurut penurunan tekanan dalam turbin dan menurut
penurunan tekanan uap.
Turbin uap harus digunakan sesuai dengan kegunaan turbin tersebut, dan
tidak untuk digunakan yang tidak sesuai penggunaannya.
Turbin uap merupakan buatan manusia, jadi alat tersebut ada kelebihan
dan kekurangannya.
B. Saran-saran
Dari hasil penyusunan makalah diatas maka penulis dapat memberikan saran
sebagai berikut :
19
1. Penulis sebaiknya menjelaskan secara rinci tentang komponen-komponen
utama dari turbin uap, agar pembaca dapat secara jelas mengerti tentang
komponen-komponen tersebut.
2. Sebaiknya penyusun makalah melakukan metode wawancara langsung
dengan pengguna turbin uap agar dapat mendapatkan penyusunan makalah
yang sempurna.
3. Mebangun kerja sama kelompok yang solid agar penyusunan makalah
berjalan dengan lancar.
20
DAFTAR PUSTAKA
1. Arismunandar Wiranto, Penggerak Mula Turbin, Penerbit ITB, Bandung
1988.
2. Shlyakin P., Steam Turbines, Theori And Design, Foreign Language
House, Moscow.
3. Stodola A., Steam and Gas Turbines, Vol.I, Mc. Graw Hill Book Company
Inc.,New Y
21