2. turbin dan sudu

PT. PLN (Persero) Pusat Pendidikan dan Pelatihan Turbin dan Sudu ______________________________________________________________________________________

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

1

2. TURBIN DAN SUDU

2.1. KONVERSI ENERGI PADA TURBIN

2.1.1. Siklus Termodinamika

Berdasarkan aliran fluida kerjanya, siklus turbin uap yang merupakan bagian dari siklus PLTU sederhana adalah siklus Rankine. Siklus Rankine dapat digambarkan dengan diagram T s seperti gambar dibawah. Adapun urutan kerja adalah sebagai berikut

a b Air dipompa sehingga tekanan dan temperaturnya naik . Proses ini terjadi pada sistem air pengisi.

b c Air dipanaskan sehingga temperaturnya naik mendekati titik didihnya. Proses ini terjadi ekonomiser.

c d Air dipanaskan hingga mendidih sehingga berubah menjadi uap jenuh. Proses ini terjadi di boiler (pipa pemanas dan drum).

d e Uap jenuh dipanaskan sehingga temperaturnya naik dan menjadi uap superheat. Proses ini terjadi di boiler (superheater).

e f Uap superheat dari boiler ber ekspansi sehingga tekanan dan temperaturnya turun. Proses ini terjadi di turbin.

f a Uap keluar turbin didinginkan sehingga berubah lagi menjadi air. Proses ini terjadi didalam kondensor.

Gambar 5. Diangam T s Siklus Rankine PLTU



2

Kerja yang dihasilkan oleh suatu proses siklus adalah sama dengan jumlah perpindahan panas (kalor) pada fluida kerja selama proses siklus tersebut berlangsung. Jadi untuk proses siklus a b c d e f a adalah:

W = T ds

Luas a b c d e f a pada diagram T s = kerja persatuan berat fluida kerja.

Makin besar luas diagram tersebut makin besar pula kerja yang dihasilkan. Sedangkan energi yang dimasukkan ke dalam sistem (proses pemanasan fluida kerja) adalah :

qw = luas m a b c d e f - n

Kerja yang dihasilkan oleh sistem PLTU adalah w = wT - wp dimana,

WT = kerja yang dihasilkan oleh turbin persatuan berat fluida kerja WP = kerja yang diperlukan untuk menggerakkan pompa persatuan berat

fluida kerja.

Kerja turbin WT adalah selish entalpi uap masuk turbin dan keluar turbin atau exhaust steam .

WT = he hf

Sedangkan kerja pompa adalah selisih entalpi fluida keluar pompa dengan entalpi masuk pompa, atau

WP = hb - ha

2.1.2. Prinsip Kerja Turbin Uap

Suatu turbin dapat terdiri dari satu dua atau banyak silinder yang merupakan mesin rotasi berfungsi untuk merubah energi panas menjadi energi mekanik. Tiap silinder memiliki sebuah rotor yang disangga oleh bantalan-bantalan. Rotor-rotor tersebut disambung menjadi satu termasuk rotor generator. Ruang diantara rotor dengan rumah turbin (casing) terdiri dari rangkaian sudu-sudu tetap dan sudu-sudu gerak yang dijajarkan berselang-seling.

Sudu-sudu tetap dipasang disekeliling bagian dalam rumah turbin, sedang rangkaian sudu gerak dipasang pada rotor. Bila kedalam turbin dialirkan uap, maka energi panas yang dikandung uap akan diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros.

Mula-mula energi panas dalam uap diubah terlebih dahulu menjadi energi kinetik (kecepatan) dengan cara melewatkan uap melalui nosel-nosel. Uap berkecepatan tinggi kemudian diarahkan ke sudu-sudu sehingga menghasilkan putaran poros turbin dimana energi mekanik ini selanjutnya dapat digunakan untuk menggerakkan generator, pompa dan sebagainya.

Perubahan energi panas menjadi energi kinetik terjadi didalam nosel (sudu diam) turbin, sedangkan perubahan energi kinetik menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran rotor turbin terjadi pada sudu jalan turbin.



3

Nozzle

Blades

Gambar 6. Konversi energi didalam turbin

Gambar 7. Prinsip kerja turbin uap 1 tingkat.

Jadi didalam turbin, uap mengalami proses ekspansi yaitu penurunan tekanan dan mengalir secara kontinyu. Akibat pengurangan tekanan uap didalam rangkaian sudu-sudu, maka kecepatan uap meningkat sangat tinggi. Kecepatan 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 drop.

Thermal Energy

Kinetic Energy

Mechanical Energy



4

2.2. Jenis Sudu Turbin

Berdasarkan azas tekanan uap yang digunakan untuk menggerakkan roda/rotor turbin sebelum masuk dan setelah keluar dari sudu-sudu yang terpasang pada roda tersebut, maka dikenal sudu impuls dan sudu reaksi. Turbin uap untuk pembangkit listrik saat ini umumnya terdiri dari kombinasi kedua macam sudu tersebut.

Gambar 8. Prinsip Sudu Reaksi dan sudu impuls

2.2.1. Sudu Impuls

Sudu impuls juga disebut sudu aksi atau sudu tekanan tetap, adalah sudu dimana uap mengalami ekspansi hanya dalam sudu-sudu tetap. Sudu-sudu tetap berfungsi sebagai nosel (saluran pancar) sehingga uap yang melewati akan mengalami peningkatan energi kinetik.

Uap dengan kecepatan tinggi selanjutnya akan membentur (impuls) sudu-sudu gerak. Benturan antara uap dengan sudu gerak ini menimbulkan gaya yang mengakibatkan poros turbin berputar.

Setelah memutar sudu gerak, selanjutnya uap diarahkan masuk ke dalam sudu tetap baris berikutnya. Selama melintasi sudu gerak tekanan dan entalpi uap tidak berubah. Dengan demikian pada sudu impuls penurunan tekanan dan energi panas uap hanya terjadi pada sudu-sudu tetap atau nosel.



5

2.2.2. Sudu Reaksi

Dalam suatu turbin yang terdiri dari 100 % sudu-sudu reaksi, maka sudu-sudu gerak juga berfungsi sebagai nosel-nosel sehingga uap yang melewatinya akan mengalami peningkatan kecepatan dan penurunan tekanan. Peningkatan kecepatan ini akan menimbulkan gaya reaksi yang arahnya berlawanan dengan arah kecepatan uap.

Gambar 9. profil dan karakteristik sudu Reaksi dan impuls

Gaya reaksi pada sudu gerak inilah yang akan memutar poros turbin. Uap selanjutnya dialirkan ke sudu tetap yang berfungsi untuk mengarahkan uap ke sudu gerak baris berikutnya.

Sudut dan profil sudu-sudu dibuat sedemikian rupa sehingga apabila turbin berputar pada kecepatan rancangannya uap akan mengalir dengan mulus melewati sudu-sudu tersebut sehingga dapat menurunkan erosi sampai pada tingkat minimum.

Pada sebuah roda/poros turbin sudu-sudu yang terpasang pada roda tersebut bisa terdiri dari satu baris sudu atau beberapa baris sudu. Setiap baris sudu terdiri dari sudu yang disusun melingkari roda turbin masing-masing dengan bentuk dan ukuran yang sama. Turbin dengan hanya satu baris sudu yang terpasang pada rotornya dinamai turbin bertingkat tunggal. Sedangkan turbin dengan beberapa baris sudu-sudu yang terpasang pada rotornya dinamai turbin bertingkat banyak (multi stages).

Ditinjau dari tekanan uap meninggalkan turbin, maka dapat dibedakan menjadi turbin kondensasi (condensing turbine) dan turbin tekanan lawan (back pressure turbine). Turbin kondensasi adalah turbin yang saluran keluarnya dihubungkan dengan kondensor, sehingga tekanan uap pada saluran keluar lebih kecil dari 1 atmosfir, sedangkan turbin tekanan lawan adalah turbin yang tekanan uap keluarnya diatas tekanan atmosfir. Turbin tekanan lawan jarang sekali digunakan.



6

2.2.3. Sudu Impuls Reaksi

Didalam turbin reaksi proses ekspansi (penurunan tekanan) terjadi baik didalam sudu tetap maupun sudu gerak. Pada turbin reaksi baris sudu tetap maupun sudu gerak berfungsi sebagai nosel sehingga kecepatan relatif uap keluar setiap sudu lebih besar dari kecepatan relatif uap masuk sudu yang bersangkutan. Meskipun demikian kecepatan absolut uap keluar sudu gerak lebih kecil daripada kecepatan absolut uap masuk sudu gerak yang bersangkutan, karena sebagian energi kinetik diubah menjadi kerja memutar roda turbin.

Tekanan uap keluar sudu lebih rendah daripada tekanan uap masuk sudu yang bersangkutan sehingga akan memperbesar gaya aksial pada bantalan. Untuk mengetahui berapa besar penurunan entalpi uap didalam baris sudu gerak didalam satu tingkat, lazimnya dipakai parameter derajat reaksi (DR) yang didefinisikan sebagai:

tan_____________

bersangkuyangtingkatsatudidalamtotalentalpiPenurunangeraksudubarissatudidalamentalpiPenurunanDR =

Sedangkan didalam turbin impuls penurunan tekanan hanya terjadi pada nosel, pada sudu gerak tidak terjadi penurunan tekanan (impuls 100%). Namun demikian didalam praktek tidak dijumpai turbin reaksi 100% maupun impuls 100%. Hal ini disebabkan karena selalu ada gesekan antara fluida kerja dengan startor dan rotor, sehingga didalam sudu tetap maupun sudu gerak terjadi penurunan tekanan.

Pada turbin reaksi apabila sudu-sudu tetap dan sudu-sudu gerak profilnya sama, maka penurunan panas uap ketika melintasi tiap-tiap baris dari setiap tingkat akan menjadi sama. Turbin semacam ini disebut turbin dengan DR setengah atau lebih umum turbin reaksi 50%.

2. turbin dan sudu

Documents