boiler dan turbin uap

22
DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA BAB IV BOILER / KETEL UAP Tujuan Pembelajaran Umum 1. Menjelaskan prinsip kerja, konstruksi dasar, aplikasi dan kinerja boiler / ketel uap Tujuan Pembelajaran Khusus 1. Menjelaskan prinsip kerja dan konstruksi dasar boiler / ketel uap 2. Menjelaskan macam-macam, aplikasi dan pengembangan ketel uap 3. Menjelaskan cara menganalisa performa / kinerja ketel uap 4.1 Prinsip Kerja dan Konstruksi Dasar Ketel Uap Boiler atau ketel uap berfungai merubah energi kimia bahan bakar menjadi energi uap. Boiler merupakan bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumnya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik. 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. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui system pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan 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. Gambaran umum instalasi boiler dapat dilihat pada Gambar 4.1. Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam disebut air umpan. Dua sumber air umpan adalah: (1) Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan (2) Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang.

Upload: guntur-reza-pratama

Post on 27-Oct-2015

505 views

Category:

Documents


48 download

DESCRIPTION

boiler

TRANSCRIPT

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA !

BAB IVBOILER / KETEL UAP

Tujuan Pembelajaran Umum

1. Menjelaskan prinsip kerja, konstruksi dasar, aplikasi dan kinerja boiler / ketel

uap

Tujuan Pembelajaran Khusus

1. Menjelaskan prinsip kerja dan konstruksi dasar boiler / ketel uap

2. Menjelaskan macam-macam, aplikasi dan pengembangan ketel uap

3. Menjelaskan cara menganalisa performa / kinerja ketel uap

4.1 Prinsip Kerja dan Konstruksi Dasar Ketel Uap

Boiler atau ketel uap berfungai merubah energi kimia bahan bakar menjadi

energi uap. Boiler merupakan bejana tertutup dimana panas pembakaran

dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam

pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu

proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke

suatu proses. Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumnya akan

meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk

mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus

dikelola dan dijaga dengan sangat baik.

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. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam

dalam boiler. Steam dialirkan melalui system pemipaan ke titik pengguna. Pada

keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau

dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan

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. Gambaran umum instalasi

boiler dapat dilihat pada Gambar 4.1.

Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam disebut air umpan.

Dua sumber air umpan adalah: (1) Kondensat atau steam yang mengembun

yang kembali dari proses dan (2) Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang

harus diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan

efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan

awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang.

30

Gambar IV.

Gambar IV.

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 30

Gambar IV.1 Diagram Instalasi Ketel Uap (boiler)

Gambar IV.2 Konstruksi Ketel Uap (boiler)

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 30

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 31

4.2 Macam-Macam Ketel Uap

Klasifikasi ketel uap berdasarkan fungsinya:

• Ketel untuk industri proses:kimia, pupuk, kertas/pulp, tekstil, makanan &

obat-obatan, industri perkebunan (gula, kopi, teh,coklat), industri rumah

tangga, dll.

• Ketel untuk pembangkit : PLTU

• Ketel untuk industri jasa : hotel, rumah sakit

Klasifikasi ketel uap berdasarkan tekanan kerjanya:

• Ketel tekanan rendah (P < 20 bar)

• Ketel tekanan sedang, (20 bar < P < 50 bar)

• Ketel tekanan tinggi (50 bar < P < 200 bar)

• Ketel tekanan sangat tinggi, (P > 200 bar)

Klasifikasi ketel uap berdasarkan produksi uapnya:

• Ketel produksi kecil (m < 10 ton/jam)

• Ketel produksi sedang, (10 < m < 50 ton/jam)

• Ketel produksi besar, (50 < m < 500 ton/jam)

• Ketel produksi sangat besar (m > 500 ton/jam)

Klasifikasi ketel uap menurut konstruksinya:

• Ketel uap pipa api (fire tube boiler, FT boiler)

• Ketel uap pipa air (water tube boiler, WT boiler)

• Ketel uap

Untuk kepentingan komersial umumnya ketel uap dirancang dan dibuat dalam

bentuk paket. Disebut paket sebab sudah tersedia sebagai paket yang lengkap.

Pada saat dikirim ke pabrik, hanya memerlukan pipa steam, pipa air, suplai

bahan bakar dan sambungan listrik untuk dapat beroperasi. Paket boiler biasanya

merupakan tipe shell and tube dengan rancangan fire tube dengan transfer panas

baik radiasi maupun konveksi yang tinggi.

Ciri-ciri dari packaged boilers adalah:

• Kecilnya ruang pembakaran dan tingginya panas yang dilepas

menghasilkan penguapan yang lebih cepat.

• Banyaknya jumlah pipa yang berdiameter kecil membuatnya memiliki

perpindahan panas konvektif yang baik.

4.2.1 Ketel Uap Pipa Api (Fire Tube Boiler)

Pada fire tube boiler, gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan boiler ada

didalam shell untuk dirubah menjadi steam. Fire tube boilers biasanya

digunakan untuk kapasitas steam yang relative kecil dengan tekanan steam

rendah sampai sedang. Sebagai pedoman, fire tube boilers kompetitif untuk

kecepatan steam sampai 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm2. Fire

tube boilers dapat menggunakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan

bakar padat dalam operasinya. Untuk alasan ekonomis, sebagian besar fire tube

32

boilers dikonstruksi sebagai “paket” boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua

bahan bakar.

Gambar

Gambar

4.2.2 Ketel Uap Pipa Air (Water Tube Boiler)

Pada water tube boiler,

kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk

steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan

tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler

Water tube boiler yang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara

4.500 – 12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak

yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan

gas. Untuk water tubedirancang secara paket.

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 32

dikonstruksi sebagai “paket” boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua

Gambar IV.3 Prinsip kerja ketel uap pipa api

Gambar IV.4 Konstruksi paket ketel uap pipa api

Ketel Uap Pipa Air (Water Tube Boiler)

water tube boiler, air umpan boiler mengalirmelalui pipa-

kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk

steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan

tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga.

Water tube boiler yang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara

12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak water

yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan

ater tube yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum

dirancang secara paket.

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 32

dikonstruksi sebagai “paket” boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua

air umpan boiler mengalirmelalui pipa-pipa masuk

kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk

steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan

untuk pembangkit tenaga.

yang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara

water tube boilers

yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan

yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 33

Gambar IV.5 Prinsip kerja ketel uap pipa air

Karakteristik water tube boilers sebagai berikut:

• Forced, induced dan balanced draft membantu

• untuk meningkatkan efisiensi pembakaran

• Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plantpengolahan air.

• Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi.

Gambar IV.6 Konstruksi paket ketel uap pipa air

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 34

4.2.3 Ketel Uap dengan Fluidized Bed Combustion (FBC)

Pembakaran dengan fluidized bed (FBC) muncul sebagai alternatif yang

memungkinkan dan memiliki kelebihan yang cukup berarti dibandingkan sistim

pembakaran yang konvensional dan memberikan banyak keuntungan, antara lain

rancangan boiler yang kompak, fleksibel terhadap bahan bakar, efisiensi

pembakaran yang tinggi dan berkurangnya emisi polutan yang merugikan seperti

SOx dan NOx. Bahan bakar yang dapat dibakar dalam boiler ini adalah

batubara, barang tolakan dari tempat pencucian pakaian, sekam padi, bagas &

limbah pertanian lainnya. Boiler fluidized bed memiliki kisaran kapasitas yang

luas yaitu antara 0.5 T/jam sampai lebih dari 100 T/jam.

Bila udara atau gas yang terdistribusi secara merata dilewatkan keatas melalui

bed partikel padat seperti pasir yang disangga oleh saringan halus, partikel tidak

akan terganggu pada kecepatan yang rendah. Begitu kecepatan udaranya

berangsur-angsur naik, terbentuklah suatu keadaan dimana partikel tersuspensi

dalam aliran udara – bed tersebut disebut “terfluidisasikan”. Dengan kenaikan

kecepatan udara selanjutnya, terjadi pembentukan gelembung, turbulensi yang

kuat, pencampuran cepat dan pembentukan permukaan bed yang rapat. Bed

partikel padat menampilkan sifat cairan mendidih dan terlihat seperti fluida -

“bed gelembung fluida/bubbling fluidized bed”.

Jika partikel pasir dalam keadaan terfluidisasikan dipanaskan hingga ke suhu

nyala batubara, dan batubara diinjeksikan secara terus menerus ke bed, batubara

akan terbakar dengan cepat dan bed mencapai suhu yang seragam. Pembakaran

dengan fluidized bed (FBC) berlangsung pada suhu sekitar 840OC hingga 950OC.

Karena suhu ini jauh berada dibawah suhu fusi abu, maka pelelehan abu dan

permasalahan yang terkait didalamnya dapat dihindari. Suhu pembakaran yang

lebih rendah tercapai disebabkan tingginya koefisien perpindahan panas sebagai

akibat pencampuran cepat dalam fluidized bed dan ekstraksi panas yang efektif

dari bed melalui perpindahan panas pada pipa dan dinding bed. Kecepatan gas

dicapai diantara kecepatan fluidisasi minimum dan kecepatan masuk partikel.

Hal ini menjamin operasi bed yang stabil dan menghindari terbawanya partikel

dalam jalur gas.

4.2.3.1 Ketel Uap dengan Atmospheric Fluidized Bed Combustion (AFBC)

Kebanyakan boiler yang beroperasi untuk jenis ini adalah Atmospheric Fluidized

Bed Combustion (AFBC) Boiler. Alat ini hanya berupa shell boiler konvensional

biasa yangditambah dengan sebuah fluidized bed combustor. Sistim seperti telah

dipasang digabungkan dengan water tube boiler/ boiler pipa air konvensional.

Batubara dihancurkan menjadi ukuran 1 – 10 mm tergantung pada tingkatan

batubara dan jenis pengumpan udara ke ruang pembakaran. Udara atmosfir,

yang bertindak sebagai udara fluidisasi dan pembakaran, dimasukkan dengan

tekanan, setelah diberi pemanasan awal oleh gas buang bahan bakar. Pipa dalam

bed yang membawa air pada umumnya bertindak sebagai evaporator. Produk

gas hasil pembakaran melewati bagian super heater dari boiler lalu mengalir ke

economizer, ke pengumpul debu dan pemanas awal udara sebelum dibuang ke

atmosfir.

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 35

4.2.3.2 Ketel Uap dengan Atmospheric Circulation Fluidized Bed Combustion

(CFBC)

Dalam sistim sirkulasi, parameter bed dijaga untuk membentuk padatan

melayang dari bed. Padatan diangkat pada fase yang relatif terlarut dalam

pengangkat padatan, dan sebuah down-comer dengan sebuah siklon merupakan

aliran sirkulasi padatan.Tidak terdapat pipa pembangkit steam yang terletak

dalam bed. Pembangkitan dan pemanasan berlebih steam berlangsung di bagian

konveksi, dinding air, pada keluaran pengangkat/ riser. Boiler CFBC pada

umumnya lebih ekonomis daripada boiler AFBC, untuk penerapannya di

industri memerlukan lebih dari 75 – 100 T/jam steam.

Untuk unit yang besar, semakin tinggi karakteristik tungku boiler CFBC akan

memberikan penggunaan ruang yang semakin baik, partikel bahan bakar lebih

besar, waktu tinggal bahan penyerap untuk pembakaran yang efisien dan

penangkapan SO2 yang semakin besar pula, dan semakin mudah penerapan

teknik pembakaran untuk pengendalian NOx daripada pembangkit steam AFBC.

Gambar IV.7 Konstruksi ketel uap dengan CFBC

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 36

Gambar IV.8 Konstruksi ketel uap pipa air dengan FBC

4.2.3.3 Ketel Uap dengan Pressurizec Fluidized Bed Combustion (PFBC)

Pada tipe Pressurized Fluidized bed Combustion (PFBC), sebuah kompresor

memasok udara Forced Draft (FD), dan pembakarnya merupakan tangki

bertekanan. Laju panas yang dilepas dalam bed sebanding dengan tekanan bed

sehingga bed yang dalam digunakan untuk mengekstraksi sejumlah besar panas.

Hal ini akan meningkatkan efisiensi pembakaran dan peyerapan sulfur dioksida

dalam bed. Steam dihasilkan didalam dua ikatan pipa, satu di bed dan satunya

lagi berada diatasnya. Gas panas dari cerobong menggerakan turbin gas

pembangkit tenaga. Sistim PFBC dapat digunakan untuk pembangkitan

kogenerasi (steam dan listrik) atau pembangkit tenaga dengan siklus gabungan/

combined cycle. Operasi combined cycle (turbin gas & turbin uap) meningkatkan

efisiensi konversi keseluruhan sebesar 5 hingga 8 persen.

37

4.3 Kinerja Ketel Uap

Parameter kinerja boiler, seperti efisiensi dan rasio penguapan,

disebabkan buruknya pembakaran, kotornya permukaan penukar panas dan

buruknya operasi dan pemeliharaan. Bahkan untuk

alasan seperti buruknya kualitas

mengakibatkan buruknya kinerja boiler. Neraca panas

mengidentifikasi kehilangan panas yang dapat atau tidak dapat

efisiensi boiler dapat memba

boiler dari efisiensi terbaik dan target area permasalahan untuk tindakan

perbaikan.

4.3.1 Neraca Panas

Proses pembakaran dalam boiler dapat digambarkan dalam bentuk diagram alir

energi. Diagram ini menggambarkan

masuk dari bahan bakar

dan menjadi aliran kehilangan panas

energi yang dikandung dalam aliran masingmasing.

keseimbangan energi total yang masuk boiler terhadap yang

boiler dalam bentuk yang berbeda. Gambar

kehilangan energi yang terjadi untuk pembangkitan

Gambar

Kehilangan energi dapat dibagi kedalam kehilangan yang tidak atau dapat

dihindarkan. Tujuan dari Produksi Bersih dan/atau pengkajian energi harus

mengurangi kehilangan yang dapat dihin

efisiensi energi. Kehilangan berikut dapat dihindari atau dikurangi:

• Kehilangan gas cerobong:

- Udara berlebih (diturunkan hingga ke nilai minimum yang

tergantung dari teknologi

pemeliharaan).

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 37

Kinerja Ketel Uap

Parameter kinerja boiler, seperti efisiensi dan rasio penguapan, dapat berkurang

disebabkan buruknya pembakaran, kotornya permukaan penukar panas dan

buruknya operasi dan pemeliharaan. Bahkan untuk boiler yang baru s

alasan seperti buruknya kualitas bahan bakar dan kualitas air dapat

mengakibatkan buruknya kinerja boiler. Neraca panas dapat membantu dalam

mengidentifikasi kehilangan panas yang dapat atau tidak dapat dihindari. Uji

efisiensi boiler dapat membantu dalam menemukan penyimpangan efisiensi

boiler dari efisiensi terbaik dan target area permasalahan untuk tindakan

Proses pembakaran dalam boiler dapat digambarkan dalam bentuk diagram alir

Diagram ini menggambarkan secara grafis tentang bagaimana energi

masuk dari bahan bakar diubah menjadi aliran energi dengan berbagai kegunaan

dan menjadi aliran kehilangan panas dan energi. Panah tebal menunjukan jumlah

energi yang dikandung dalam aliran masingmasing. Neraca panas

keseimbangan energi total yang masuk boiler terhadap yang meninggalkan

boiler dalam bentuk yang berbeda. Gambar 4.9 memberikan gambaran

energi yang terjadi untuk pembangkitan steam.

Gambar IV.9 Diagram neraca energi pada ketel uap

Kehilangan energi dapat dibagi kedalam kehilangan yang tidak atau dapat

dihindarkan. Tujuan dari Produksi Bersih dan/atau pengkajian energi harus

mengurangi kehilangan yang dapat dihindari sehingga dapat meningkatkan

efisiensi energi. Kehilangan berikut dapat dihindari atau dikurangi:

Kehilangan gas cerobong:

Udara berlebih (diturunkan hingga ke nilai minimum yang

tergantung dari teknologi burner, operasi (kontrol), dan

pemeliharaan).

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 37

Parameter kinerja boiler, seperti efisiensi dan rasio penguapan, dapat berkurang

disebabkan buruknya pembakaran, kotornya permukaan penukar panas dan

yang baru sekalipun,

bahan bakar dan kualitas air dapat

dapat membantu dalam

mengidentifikasi kehilangan panas yang dapat atau tidak dapat dihindari. Uji

ntu dalam menemukan penyimpangan efisiensi

boiler dari efisiensi terbaik dan target area permasalahan untuk tindakan

Proses pembakaran dalam boiler dapat digambarkan dalam bentuk diagram alir

secara grafis tentang bagaimana energi

diubah menjadi aliran energi dengan berbagai kegunaan

dan energi. Panah tebal menunjukan jumlah

Neraca panas merupakan

keseimbangan energi total yang masuk boiler terhadap yang meninggalkan

memberikan gambaran berbagai

Diagram neraca energi pada ketel uap

Kehilangan energi dapat dibagi kedalam kehilangan yang tidak atau dapat

dihindarkan. Tujuan dari Produksi Bersih dan/atau pengkajian energi harus

dari sehingga dapat meningkatkan

efisiensi energi. Kehilangan berikut dapat dihindari atau dikurangi:

Udara berlebih (diturunkan hingga ke nilai minimum yang

operasi (kontrol), dan

38

- Suhu gas cerobong (diturunkan dengan mengoptimalkan

perawatan (pembersihan),

teknologi boiler).

• Kehilangan karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam cerobong dan

abu (mengoptimalkan operasi dan pemeliharaan; teknologi

lebih baik).

• Kehilangan dari

kondensat).

• Kehilangan kondensat (manfaatkan sebanyak mungkin kondensat)

• Kehilangan konveksi dan radiasi (dikurangi dengan isolasi boiler yang

lebih baik).

Gambar IV.10 Contoh

4.3.2 Efisiensi Boiler

Efisiensi termis boiler didefinisikan sebagai “

yang dihasilkan dengan energi

dapat dievaluasi dengan menggunakan rumus:

!

!& '

&

Parameter yang dipantau untuk perhitun

• Jumlah steam yang dihasilkan per jam (

• Jumlah bahan bakar yang digunakan per jam (

kg/detik.

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 38

Suhu gas cerobong (diturunkan dengan mengoptimalkan

perawatan (pembersihan), beban; burner yang lebih baik dan

teknologi boiler).

Kehilangan karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam cerobong dan

(mengoptimalkan operasi dan pemeliharaan; teknologi

lebih baik).

Kehilangan dari blowdown (pengolahan air umpan segar, daur ulang

kondensat).

Kehilangan kondensat (manfaatkan sebanyak mungkin kondensat)

Kehilangan konveksi dan radiasi (dikurangi dengan isolasi boiler yang

lebih baik).

Contoh neraca energi pada ketel uap berbahan bakar batubara

Efisiensi termis boiler didefinisikan sebagai “perbandingan antara energi uap

yang dihasilkan dengan energi bahan bakar yang dihabiskan”. Efisiensi

dapat dievaluasi dengan menggunakan rumus:

" #$$% !

' (

' (x 100%

Parameter yang dipantau untuk perhitungan efisiensi boiler adalah:

Jumlah steam yang dihasilkan per jam (& ) dalam kg/detik

Jumlah bahan bakar yang digunakan per jam (&.

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 38

uhu gas cerobong (diturunkan dengan mengoptimalkan

yang lebih baik dan

Kehilangan karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam cerobong dan

(mengoptimalkan operasi dan pemeliharaan; teknologi burner yang

(pengolahan air umpan segar, daur ulang

Kehilangan kondensat (manfaatkan sebanyak mungkin kondensat)

Kehilangan konveksi dan radiasi (dikurangi dengan isolasi boiler yang

neraca energi pada ketel uap berbahan bakar batubara

perbandingan antara energi uap

bahan bakar yang dihabiskan”. Efisiensi (η)

x 100%

gan efisiensi boiler adalah:

) dalam kg/detik

) dalam

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 39

• Tekanan kerja (dalam Pa(g)), suhu uap panas (oC) dan Suhu air umpan

(oC) untuk memperoleh nilai Entalpi steam jenuh dalam kJ/kg (hg) dan

Entalpi air umpan dalam kJ/kg.

• Jenis bahan bakar dan nilai panas kotor bahan bakar atau Low Heated

Value (LHV) dalam kJ/kg.

Contoh Soal :

Cari efisiensi boiler jika diketahui data sebagai berikut :

• Jenis boiler Berbahan bakar batubara

• Jumlah steam (kering) yang dihasilkan: 10 Ton/Jam

• Tekanan steam (gauge) 10 bar(g), suhu 180oC (hg 2800 kJ/kg)

• Jumlah pemakaian batubara: 2,25 TPJ

• Suhu air umpan : 85oC (hf = 360 kJ/kg)

• LHV batubara: 13.500 kJ/kg

(Jawaban : 80,3 %)

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA "#

BAB VPEMBANGKIT TENAGA UAP

Tujuan Pembelajaran Umum

1. Menjelaskan prinsip kerja, konstruksi dasar, aplikasi dan kinerja boiler / ketel

uap

Tujuan Pembelajaran Khusus

1. Menjelaskan prinsip kerja dan konstruksi dasar pembangkit tenaga turbin uap

2. Menjelaskan cara menganalisa performa / kinerja pembangkit tenaga turbin uap

3. Menjelaskan aplikasi dan pengembangan pembangkit tenaga uap

5.1 Sejarah Turbin Uap

Ide awal turbin uap ada sejak Hero pada tahun 62 masehi, namun masih

berbentuk mainan dan belum menghasilkan daya poros. Giovan Branca pernah

memperkenalkan rancangan turbin impuls tahun 1629 tetapi tidak pernah dibuat.

Turbin yang pertama dibuat oleh William Avery (Amerika Serikat) pada tahun

1831 untuk menggerakkan mesin gergaji.

Turbin Uap modern pertama kali dibuat oleh Charles Parsons (Inggris) pada

tahun 1884, jenis turbin reaksi, turbin aksial, bertingkat dan menghasilkan daya

poros 10hp pada 18.000 rpm. Selanjutnya dia berhasill membuat turbin radial

aliran keluar pada tahun 1897 yang dapat menghasilkan 2000hp pada 2000 rpm,

digunakan untuk propulsi kapal laut.

Selanjutnya Charles G. Curtis mengembangkan turbin impuls kecepatan

bertingkat pada tahun 1896; juga Carl Gustav Patrik de Laval pada tahun 1897

membuat turbin impuls dengan putaran 30.000 rpm. Sedangkan di Perancis,

Auguste Rateau membuat turbin impuls aksial tekanan bertingkat pada tahun

1900. Kemudian tahun 1912 Berger Ljungstrom (Swedia) memperkenalkan

turbin radial-aliran keluar, bertingkat dan putaran berlawanan.

Turbin uap industri dengan daya besar baru dapat diproduksi setelah tahun 1958.

Saat itu telah dapat dibuat turbin uap dengan daya poros efektif lebih dari 500

MW, hal ini terjadi karena kemajuan teknologi material turbin yang pesat.

5.2 Prinsip Kerja dan Komponen Utama Pembangkit Tenaga Turbin Uap

Sistem tersebut terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu : pompa air boiler,

ketel uap (boiler), turbin uap yang menghasilkan daya poros, dan kondensor.

Skema sebuah turbin uap untuk pembangkit listrik dapat dilihat pada Gambar

41

5.1. Jadi turbin hanyalah merupakan salah satu komponen dari suatu sistem

tenaga uap. Uap yang berfungsi sebagai fluida kerja turbin dihasilkan oleh ketel

uap (boiler), sebuah alat yang berfungsi mengubah

Gambar V.1 Komponen utama pembangkit tenaga uap sederhana untuk aplikasi

5.2.1 Pompa

Pompa merupakan komponen yang berfungsi mengalirkan dan menaikkan

tekanan air yang keluar dari kondensor agar masuk kedalam boiler dalam

tekanan tinggi. Pompa merubah kerja mekanis menjadi energi fluida (tekanan

dan debit aliran), sehingga membutuhkan energi dari luar untuk

mengoperasikannya.

Bab VII.

5.2.2 Ketel Uap (Boiler)

Boiler (ketel uap) merupakan komponen yang berfungsi merubah air menjadi

uap dengan memanfaatkan energi panas yang berasal dari hasil pembakaran

bahan bakar yang dapat berupa gas (LNG, LPG), cair

maupun padat (Batu bara, kayu, sekam,dll).

dapat dilihat kembali Bab IV.

Air bertekanan tinggi dipompa masuk kedalam boiler dan kemudian dipanaskan

hingga berubah fasa menjadi uap. Untuk industri

bisa langsung dimanfaatkan, namun untuk aplikasi

tersebut akan di panaskan lanjut hingga mencapai uap sempurna dalam kondisi

superheated.

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 41

Jadi turbin hanyalah merupakan salah satu komponen dari suatu sistem

tenaga uap. Uap yang berfungsi sebagai fluida kerja turbin dihasilkan oleh ketel

uap (boiler), sebuah alat yang berfungsi mengubah air menjadi uap.

Komponen utama pembangkit tenaga uap sederhana untuk aplikasi

pembangkit listrik (PLTU)

Pompa merupakan komponen yang berfungsi mengalirkan dan menaikkan

kanan air yang keluar dari kondensor agar masuk kedalam boiler dalam

tekanan tinggi. Pompa merubah kerja mekanis menjadi energi fluida (tekanan

dan debit aliran), sehingga membutuhkan energi dari luar untuk

mengoperasikannya. Penjelasan lebih rinci tentang pompa akan dibahas pada

Ketel Uap (Boiler)

Boiler (ketel uap) merupakan komponen yang berfungsi merubah air menjadi

uap dengan memanfaatkan energi panas yang berasal dari hasil pembakaran

bahan bakar yang dapat berupa gas (LNG, LPG), cair (Solar, minyak tanah),

maupun padat (Batu bara, kayu, sekam,dll). Penjelasan lebih rinci tentang boiler

dapat dilihat kembali Bab IV.

Air bertekanan tinggi dipompa masuk kedalam boiler dan kemudian dipanaskan

hingga berubah fasa menjadi uap. Untuk industri proses umumnya uap tersebut

bisa langsung dimanfaatkan, namun untuk aplikasi pembangkit

tersebut akan di panaskan lanjut hingga mencapai uap sempurna dalam kondisi

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 41

Jadi turbin hanyalah merupakan salah satu komponen dari suatu sistem

tenaga uap. Uap yang berfungsi sebagai fluida kerja turbin dihasilkan oleh ketel

air menjadi uap.

Komponen utama pembangkit tenaga uap sederhana untuk aplikasi

Pompa merupakan komponen yang berfungsi mengalirkan dan menaikkan

kanan air yang keluar dari kondensor agar masuk kedalam boiler dalam

tekanan tinggi. Pompa merubah kerja mekanis menjadi energi fluida (tekanan

dan debit aliran), sehingga membutuhkan energi dari luar untuk

pompa akan dibahas pada

Boiler (ketel uap) merupakan komponen yang berfungsi merubah air menjadi

uap dengan memanfaatkan energi panas yang berasal dari hasil pembakaran

(Solar, minyak tanah),

Penjelasan lebih rinci tentang boiler

Air bertekanan tinggi dipompa masuk kedalam boiler dan kemudian dipanaskan

proses umumnya uap tersebut

pembangkit turbin uap

tersebut akan di panaskan lanjut hingga mencapai uap sempurna dalam kondisi

42

5.2.3 Turbin Uap

Uap panas bertekanan tinggi yang dihasilkan oleh boile

ke komponen turbin. Turbin merupakan komponen yang merubah energi panas

dan tekanan uap menjadi energi mekanis berupa daya poros.

merupakan turbin impuls atau turbin reaksi

5.2.3.1 Turbin Impuls

Turbin impuls atau diseb

(penurunan tekanan) fluida kerjanya hanya terjadi didalam baris sudu tetap

(stator) saja. Sedangkan turbin reaksi adalah turbin dimana proses ekspansi

fluida kerjanya terjadi baik didalam baris sudu

geraknya (rotor).

Turbin impuls dapat merupakan turbin impuls sederhana (bertingkat tunggal)

seperti diperlihatkan pada Gambar 5.2

(turbin curtis) seperti diperlihatkan Gambar 5.3

bertingkat (turbin Rateau)

terdiri dari satu baris sudu tetap (stator) yang berbentuk nosel dan satu baris

sudu gerak (rotor) yang akan merubah energi uap menjadi energi mekanis

berupa daya poros.

Gambar V.2

Kecepatan uap naik karena nosel adalah alat yang berfungsi menaikkan

kecepatan uap. Setelah itu uap mengalir kedalam bariss

konstan, tetapi kecepatan absolutnya turun karena energi kinetik uap diubah

menjadi kerja memutarkan roda turbin. Uap yang keluar dari turbin masih

berkecepatan tinggi, jadi masih mengandung energi.

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 42

Uap panas bertekanan tinggi yang dihasilkan oleh boiler selanjutnya akan masuk

ke komponen turbin. Turbin merupakan komponen yang merubah energi panas

dan tekanan uap menjadi energi mekanis berupa daya poros. Turbin uap dapat

merupakan turbin impuls atau turbin reaksi.

Turbin Impuls

atau disebut juga turbin aksi adalah turbin dimana proses ekspansi

(penurunan tekanan) fluida kerjanya hanya terjadi didalam baris sudu tetap

Sedangkan turbin reaksi adalah turbin dimana proses ekspansi

fluida kerjanya terjadi baik didalam baris sudu tetap (stator) maupun baris sudu

geraknya (rotor).

Turbin impuls dapat merupakan turbin impuls sederhana (bertingkat tunggal)

seperti diperlihatkan pada Gambar 5.2 atau turbin impuls kecepatan bertingkat

seperti diperlihatkan Gambar 5.3 atau turbin impuls tekanan

bertingkat (turbin Rateau) seperti diperlihatkan Gambar 5.4. Satu tingkat turbin

terdiri dari satu baris sudu tetap (stator) yang berbentuk nosel dan satu baris

sudu gerak (rotor) yang akan merubah energi uap menjadi energi mekanis

upa daya poros.

Gambar V.2 Turbin impuls sederhana (satu tingkat)

Kecepatan uap naik karena nosel adalah alat yang berfungsi menaikkan

kecepatan uap. Setelah itu uap mengalir kedalam barissudu gerak pada tekanan

konstan, tetapi kecepatan absolutnya turun karena energi kinetik uap diubah

menjadi kerja memutarkan roda turbin. Uap yang keluar dari turbin masih

berkecepatan tinggi, jadi masih mengandung energi. Untuk mencegah kerugian

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 42

r selanjutnya akan masuk

ke komponen turbin. Turbin merupakan komponen yang merubah energi panas

Turbin uap dapat

adalah turbin dimana proses ekspansi

(penurunan tekanan) fluida kerjanya hanya terjadi didalam baris sudu tetap

Sedangkan turbin reaksi adalah turbin dimana proses ekspansi

tetap (stator) maupun baris sudu

Turbin impuls dapat merupakan turbin impuls sederhana (bertingkat tunggal)

atau turbin impuls kecepatan bertingkat

au turbin impuls tekanan

Satu tingkat turbin

terdiri dari satu baris sudu tetap (stator) yang berbentuk nosel dan satu baris

sudu gerak (rotor) yang akan merubah energi uap menjadi energi mekanis

Kecepatan uap naik karena nosel adalah alat yang berfungsi menaikkan

udu gerak pada tekanan

konstan, tetapi kecepatan absolutnya turun karena energi kinetik uap diubah

menjadi kerja memutarkan roda turbin. Uap yang keluar dari turbin masih

Untuk mencegah kerugian

43

energi yang terlalu besar adalah dengan mengekspansikan uap secara bertahap

didalam turbin yang bertingkat ganda atau lebih, sehingga energi fluida kerja

yang tidak terserap oleh suatu baris sudu gerak masih dapat diserap oleh baris

sudu pada tingkat berikutnya.

Gambar 5.3 melukiskan perubahan tekanan dan kecepatan absolut dari uap

didalam turbin impuls kecepatan bertingkat. Dalam hal tersebut, uap hanya

diekspansikan didalam nosel (baris sudu tetap yang pertama) dan selanjutnya

tekanan konstan. Namun demikian, turb

turbin impuls karena didalam baris sudu gerak tidak terjadi ekspansi (penurunan

tekanan).

Gambar V.3

Meskipun tekanan uap didalam sudu gerak konstan, kecepatan absolut turun

karena sebagian dari energi uap diubah menjadi kerja memutar roda turbin

Kecepatan uap didalam baris sudu tetap berikutnya tidak naik karena tekanannya

konstan. Hal tersebut disebabkan sudu tetap dibuat sedemikian rupa sehingga

tidak terjadi ekspansi.

Pada turbin impuls tekanan bertingkat

bahwa tekanan uap turun secara bertahap didalam baris sudu tetap saja, sedang

didalam baris sudu gerak tidak terjadi penurunan tekanan, sehingga masuk

dalam kategori turbin impuls. Semua baris sudu tetap berfungsi sebagai nosel,

jadi disini kecepatan uap naik karena tekanan turun. Dengan mengekspansi uap

secara bertahap, maka turbin

tidak terlampau besar, sehingga kerugian gesek pada sudu turbin akan berkurang

sehingga memperpanjang umur komponen turbin

!"!#$%&$%'(

)'*'"!+$%$%

,'*'+!-!.$"$%'$/0123"

4'*'+!-!.$"$%'#!2$"56

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 43

g terlalu besar adalah dengan mengekspansikan uap secara bertahap

didalam turbin yang bertingkat ganda atau lebih, sehingga energi fluida kerja

yang tidak terserap oleh suatu baris sudu gerak masih dapat diserap oleh baris

sudu pada tingkat berikutnya.

melukiskan perubahan tekanan dan kecepatan absolut dari uap

didalam turbin impuls kecepatan bertingkat. Dalam hal tersebut, uap hanya

diekspansikan didalam nosel (baris sudu tetap yang pertama) dan selanjutnya

tekanan konstan. Namun demikian, turbin ini masih termasuk dalam golongan

turbin impuls karena didalam baris sudu gerak tidak terjadi ekspansi (penurunan

Gambar V.3 Karakteristik turbin impuls kecepatan bertingkat /

turbin Curtis (tiga tingkat)

Meskipun tekanan uap didalam sudu gerak konstan, kecepatan absolut turun

karena sebagian dari energi uap diubah menjadi kerja memutar roda turbin

Kecepatan uap didalam baris sudu tetap berikutnya tidak naik karena tekanannya

konstan. Hal tersebut disebabkan sudu tetap dibuat sedemikian rupa sehingga

tidak terjadi ekspansi.

Pada turbin impuls tekanan bertingkat, seperti diperlihatkan Gambar 5.4,

bahwa tekanan uap turun secara bertahap didalam baris sudu tetap saja, sedang

didalam baris sudu gerak tidak terjadi penurunan tekanan, sehingga masuk

dalam kategori turbin impuls. Semua baris sudu tetap berfungsi sebagai nosel,

jadi disini kecepatan uap naik karena tekanan turun. Dengan mengekspansi uap

secara bertahap, maka turbin akan bekerja dengan kecepatan absolut uap yang

tidak terlampau besar, sehingga kerugian gesek pada sudu turbin akan berkurang

sehingga memperpanjang umur komponen turbin tersebut.

!"!#$%&$%'(

)'*'"!+$%$%

,'*'+!-!.$"$%'$/0123"

4'*'+!-!.$"$%'#!2$"56

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 43

g terlalu besar adalah dengan mengekspansikan uap secara bertahap

didalam turbin yang bertingkat ganda atau lebih, sehingga energi fluida kerja

yang tidak terserap oleh suatu baris sudu gerak masih dapat diserap oleh baris

melukiskan perubahan tekanan dan kecepatan absolut dari uap

didalam turbin impuls kecepatan bertingkat. Dalam hal tersebut, uap hanya

diekspansikan didalam nosel (baris sudu tetap yang pertama) dan selanjutnya

in ini masih termasuk dalam golongan

turbin impuls karena didalam baris sudu gerak tidak terjadi ekspansi (penurunan

urbin impuls kecepatan bertingkat /

Meskipun tekanan uap didalam sudu gerak konstan, kecepatan absolut turun

karena sebagian dari energi uap diubah menjadi kerja memutar roda turbin.

Kecepatan uap didalam baris sudu tetap berikutnya tidak naik karena tekanannya

konstan. Hal tersebut disebabkan sudu tetap dibuat sedemikian rupa sehingga

, seperti diperlihatkan Gambar 5.4, terlihat

bahwa tekanan uap turun secara bertahap didalam baris sudu tetap saja, sedang

didalam baris sudu gerak tidak terjadi penurunan tekanan, sehingga masuk

dalam kategori turbin impuls. Semua baris sudu tetap berfungsi sebagai nosel,

n uap naik karena tekanan turun. Dengan mengekspansi uap

kan bekerja dengan kecepatan absolut uap yang

tidak terlampau besar, sehingga kerugian gesek pada sudu turbin akan berkurang

!"!#$%&$%'(

)'*'"!+$%$%

,'*'+!-!.$"$%'$/0123"

4'*'+!-!.$"$%'#!2$"56

44

Gambar V.4

Dalam beberapa hal sebuah turbin dapat pula terdiri dari kombinasi baris sudu

impuls kecepatan bertingkat dan tekanan bertingkat seperti terlihat pada

5.5. Hal tersebut ditujukan untuk memperoleh segi yang menguntungkan dari

kedua jenis turbin terse

yang lebih kompak dan murah.

didepan baris sudu Rateau supaya tekanan uap dapat segera diturunkan pada

tingkat pertama, untuk melindungi rumah turbin da

temperatur tinggi.

Gambar V.5 Karakteristik turbin impuls kombinasi kecepatan bertingkat

(2 tingkat) dan turbin tekanan bertingkat (3 tingkat)

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 44

Gambar V.4 Karakteristik turbin impuls tekanan bertingkat /

turbin Rateau (empat tingkat)

Dalam beberapa hal sebuah turbin dapat pula terdiri dari kombinasi baris sudu

impuls kecepatan bertingkat dan tekanan bertingkat seperti terlihat pada

. Hal tersebut ditujukan untuk memperoleh segi yang menguntungkan dari

kedua jenis turbin tersebut, salah satu alasannya adalah untuk mendapatkan unit

yang lebih kompak dan murah. Selain itu, baris sudu Curtis dipasang dipasang

didepan baris sudu Rateau supaya tekanan uap dapat segera diturunkan pada

tingkat pertama, untuk melindungi rumah turbin dan rotor terhadap tekanan dan

temperatur tinggi.

5 Karakteristik turbin impuls kombinasi kecepatan bertingkat

(2 tingkat) dan turbin tekanan bertingkat (3 tingkat)

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 44

urbin impuls tekanan bertingkat /

Dalam beberapa hal sebuah turbin dapat pula terdiri dari kombinasi baris sudu

impuls kecepatan bertingkat dan tekanan bertingkat seperti terlihat pada Gambar

. Hal tersebut ditujukan untuk memperoleh segi yang menguntungkan dari

but, salah satu alasannya adalah untuk mendapatkan unit

Selain itu, baris sudu Curtis dipasang dipasang

didepan baris sudu Rateau supaya tekanan uap dapat segera diturunkan pada

n rotor terhadap tekanan dan

Karakteristik turbin impuls kombinasi kecepatan bertingkat

(2 tingkat) dan turbin tekanan bertingkat (3 tingkat)

45

5.2.3.2 Turbin Reaksi

Didalam turbin reaksi, proses ekspansi (penurunan tekanan) terjadi baik didalam

baris sudu tetap maupun sudu gerak

Turbin reaksi juga dikenal dengan nama turbin Parsons sesuai dengan nama

pembuatnya yang pertama, yaitu Sir

untuk turbin dengan aplikasi tekanan tinggi sedangkan turbin reaksi cocok untuk

turbin dengan aplikasi tekanan yang relatif rendah. Pada beberapa turbin

bertekanan tinggi mengkombinasikan turbin impuls dan turbin reaksi

impuls diletakkan dibagian depan karena tekanan masih tinggi dan turbin reaksi

diletakkan setelah turbin impuls karena tekanan sudah diturunkan di turbin

impuls pada tahap sebelumnya

Gambar V.7 Karakteristik turbin kombinasi impuls (turbin Curtis) dan

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 45

Turbin Reaksi

turbin reaksi, proses ekspansi (penurunan tekanan) terjadi baik didalam

baris sudu tetap maupun sudu gerak, seperti diperlihatkan oleh Gambar 5.6

Turbin reaksi juga dikenal dengan nama turbin Parsons sesuai dengan nama

pembuatnya yang pertama, yaitu Sir Charles Parsons. Turbin impuls cocok

untuk turbin dengan aplikasi tekanan tinggi sedangkan turbin reaksi cocok untuk

turbin dengan aplikasi tekanan yang relatif rendah. Pada beberapa turbin

bertekanan tinggi mengkombinasikan turbin impuls dan turbin reaksi

impuls diletakkan dibagian depan karena tekanan masih tinggi dan turbin reaksi

diletakkan setelah turbin impuls karena tekanan sudah diturunkan di turbin

impuls pada tahap sebelumnya, seperti diperlihatkan oleh Gambar 5.7.

Gambar V.6 Karakteristik turbin reaksi

.7 Karakteristik turbin kombinasi impuls (turbin Curtis) dan

turbin reaksi (turbin Parson)

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 45

turbin reaksi, proses ekspansi (penurunan tekanan) terjadi baik didalam

, seperti diperlihatkan oleh Gambar 5.6.

Turbin reaksi juga dikenal dengan nama turbin Parsons sesuai dengan nama

Turbin impuls cocok

untuk turbin dengan aplikasi tekanan tinggi sedangkan turbin reaksi cocok untuk

turbin dengan aplikasi tekanan yang relatif rendah. Pada beberapa turbin

bertekanan tinggi mengkombinasikan turbin impuls dan turbin reaksi. Turbin

impuls diletakkan dibagian depan karena tekanan masih tinggi dan turbin reaksi

diletakkan setelah turbin impuls karena tekanan sudah diturunkan di turbin

, seperti diperlihatkan oleh Gambar 5.7.

Karakteristik turbin kombinasi impuls (turbin Curtis) dan

46

5.2.3.3 Konstruksi Turbin

Turbin uap termasuk kedalam mesin rotasi (rotating equipment) yang berputar

dengan kecepatan tinggi sehingga memiliki konstruksi yang kompleks seperti

diperlihatkan Gambar 5.8.

Gambar

1. Penggerak pompa oli utama dan regulator.

2. Bantalan tekan dan bantalan dukung rotor turbin

3. Tabung paking poros

4. Kelompok turbin tekanan tinggi : turbin curtis 2 tingkat

5. Kelompok turbin tekanan menengah : 11 tingkat

6. Kelompok turbin tekanan rendah : 4 tingkat

7. Saluran uap tekanan tinggi untuk labirinth seal

8. Tabung paking turbin tingkat tekanan rendah

9. Bantalan dukung penghantar

10. Kopling turbin uap dan generator

11. Bantalan dukung generator

20. Regulator.

21. Rumah bantalan

22. Cerobong uap tabung paking bagian tekanan tinggi

23. Katup pengatur laju aliran massa uap

24. Rumah katup

25. Rumah turbin tekanan tinggi

26. Pelat pembungkus

27. Cerobong uap tabung paking tingkat tekanan rendah

28. Saluran uap bekas

29. Rumah bantalan

30. Generator

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 46

Konstruksi Turbin Uap

Turbin uap termasuk kedalam mesin rotasi (rotating equipment) yang berputar

dengan kecepatan tinggi sehingga memiliki konstruksi yang kompleks seperti

diperlihatkan Gambar 5.8.

Gambar V.8 Contoh konstruksi turbin uap

Penggerak pompa oli utama dan regulator.

Bantalan tekan dan bantalan dukung rotor turbin

Tabung paking poros

Kelompok turbin tekanan tinggi : turbin curtis 2 tingkat

Kelompok turbin tekanan menengah : 11 tingkat

Kelompok turbin tekanan rendah : 4 tingkat

Saluran uap tekanan tinggi untuk labirinth seal

Tabung paking turbin tingkat tekanan rendah

Bantalan dukung penghantar

Kopling turbin uap dan generator

Bantalan dukung generator

Rumah bantalan

ong uap tabung paking bagian tekanan tinggi

Katup pengatur laju aliran massa uap

Rumah turbin tekanan tinggi

Pelat pembungkus

Cerobong uap tabung paking tingkat tekanan rendah

Saluran uap bekas

Rumah bantalan

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 46

Turbin uap termasuk kedalam mesin rotasi (rotating equipment) yang berputar

dengan kecepatan tinggi sehingga memiliki konstruksi yang kompleks seperti

47

5.2.4 Kondensor

Kondensor merupakan komponen yang berfungsi mengembalikan wujud uap

yang keluar dari turbin agar kembali ke wujud cair sehingga dapat dinaikkan

tekanannya oleh pompa. Kondensor merupakan Heat Exchanger atau penukar

kalor yang akan merubah fasa uap menjadi cair de

mengunakan sirkulasi air dingin seperti diperlihatkan

Gambar

Fluida panas akan melepaskan kalor dan diserap oleh fluida

membawa panas / kalor keluar sistem. Untuk Kondensor dengan ukuran besar

umumnya dilengkapi dengan menara pendingin (

penyerapan panas bisa lebih efektif.

5.3 Kinerja Pembangkit Tenaga Uap

Analisa kinerja pembangkit

Rankine. Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa komponen utama sebuah

pembangkit tenaga uap adalah pompa, boiler, turbin uap dan kondensor dengan

susunan instalasi seperti terlihat pada Gambar 5.10. Prinsi

pompa menaikkan tekanan air dan mengalirkannya masuk kedalam boiler/k

uap. Didalam ketel uap, dengan memanfaatkan panas hasil pembakaran bahan

bakar, air diubah fasanya dari cair menjadi uap dan dipanaskan lanjut menjadi

uap superpanas/superheated

dikonversi menjadi daya poros. Uap sisa keluaran turbin akan diubah kembali

fasanya menjadi cair oleh kondensor dengan menyerap panas uap menggunakan

berupa alat penukar kalor (

pembangkit tenaga uap dapat dilihat pada G

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 47

or merupakan komponen yang berfungsi mengembalikan wujud uap

yang keluar dari turbin agar kembali ke wujud cair sehingga dapat dinaikkan

tekanannya oleh pompa. Kondensor merupakan Heat Exchanger atau penukar

kalor yang akan merubah fasa uap menjadi cair dengan cara menyerap panas uap

mengunakan sirkulasi air dingin seperti diperlihatkan Gambar 5.9.

Gambar V.9 Prinsip kerja penukar kalor

Fluida panas akan melepaskan kalor dan diserap oleh fluida

membawa panas / kalor keluar sistem. Untuk Kondensor dengan ukuran besar

umumnya dilengkapi dengan menara pendingin (cooling tower) agar proses

penyerapan panas bisa lebih efektif.

Kinerja Pembangkit Tenaga Uap

Analisa kinerja pembangkit tenaga uap dapat didekati dengan analisa siklus

Rankine. Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa komponen utama sebuah

pembangkit tenaga uap adalah pompa, boiler, turbin uap dan kondensor dengan

susunan instalasi seperti terlihat pada Gambar 5.10. Prinsip kerjanya adalah

pompa menaikkan tekanan air dan mengalirkannya masuk kedalam boiler/k

uap. Didalam ketel uap, dengan memanfaatkan panas hasil pembakaran bahan

bakar, air diubah fasanya dari cair menjadi uap dan dipanaskan lanjut menjadi

s/superheated. Uap superheated masuk kedalam turbin uap

dikonversi menjadi daya poros. Uap sisa keluaran turbin akan diubah kembali

fasanya menjadi cair oleh kondensor dengan menyerap panas uap menggunakan

berupa alat penukar kalor (heat exchanger). Urutan proses yang terjadi pada

pembangkit tenaga uap dapat dilihat pada Gambar 5.11.

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 47

or merupakan komponen yang berfungsi mengembalikan wujud uap

yang keluar dari turbin agar kembali ke wujud cair sehingga dapat dinaikkan

tekanannya oleh pompa. Kondensor merupakan Heat Exchanger atau penukar

ngan cara menyerap panas uap

5.9.

Fluida panas akan melepaskan kalor dan diserap oleh fluida dingin dan

membawa panas / kalor keluar sistem. Untuk Kondensor dengan ukuran besar

cooling tower) agar proses

tenaga uap dapat didekati dengan analisa siklus

Rankine. Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa komponen utama sebuah

pembangkit tenaga uap adalah pompa, boiler, turbin uap dan kondensor dengan

p kerjanya adalah

pompa menaikkan tekanan air dan mengalirkannya masuk kedalam boiler/ketel

uap. Didalam ketel uap, dengan memanfaatkan panas hasil pembakaran bahan

bakar, air diubah fasanya dari cair menjadi uap dan dipanaskan lanjut menjadi

masuk kedalam turbin uap untuk

dikonversi menjadi daya poros. Uap sisa keluaran turbin akan diubah kembali

fasanya menjadi cair oleh kondensor dengan menyerap panas uap menggunakan

Urutan proses yang terjadi pada

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 48

Gambar V.10 Diagram instalasi pembangkit tenaga uap sederhana

Gambar V.11 Diagram proses pembangkit tenaga Siklus Rankine ideal

Gambar V.12 Siklus Rankine Irreversibile

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 49

Daya Pompa

Daya Pompa Ideal (wPs) = h2s – h1 = p2v2 – p1v1 = v (p2 - p1) [kJ/kg]

Daya Pompa Aktual (wPa) = h2a – h1 = [kJ/kg]

WPa = ! . wPa = ! (h2a – h1) [kW]

Kalor Masuk ke Boiler

Merupakan kalor hasil pembakaran bahan bakar yang masuk kedalam system

boiler.

qin = h3 – h2 [kJ/kg]

Qin = ! (h3 – h2) [kW]

Daya Turbin

Daya Turbin Ideal (wTs) = h3 – h4s [kJ/kg]

Daya Turbin Aktual (wTa) = h3 – h4a = ηT (h3 – h4s) [kJ/kg]

WTa = η . wPa = η (h3 – h4a) [kW]

Daya Netto

Merupakan daya termal netto (bersih) yang dapat dibangkitkan oleh suatu

pembangkit tenaga uap.

Daya netto (wnet) = wT – wP [kJ/kg]

Wnet = η (wT – wP) [kW]

Efisiensi Siklus

Efisiensi termal siklus ηSiklus = !

Contoh Soal :

1. Sebuah Pembangkit Tenaga Turbin Uap sederhana mempunyai data-data

sebagai berikut :

Air masuk ke pompa pada 90kPa, 40 C

Air keluar pompa dan masuk ke boiler pada 30 bar, 50 C

Uap keluar bolier pada 30 bar, 350 C

Uap keluar turbin pada 100kPa, 100 C

Efisiensi pompa dan turbin adalah 80% dan 85%

Laju aliran massa uap adalah 20 ton/jam

DASAR MESIN KALOR DAN FLUIDA 50

Berdasarkan data diatas:

a. Buatlah diagram instalasi dan diagram proses (T-s)

b. Hitung Daya Pompa aktual (WPa)

c. Hitung Kalor yang dibutuhkan boiler (qin)

d. Hitung Daya Turbin Aktual (WTa)

e. Hitung Wnet

f. Hitung Efisiensi siklus

g. Hitung Daya yang dapat dibangkitkan dalam satuan kW

2. Sebuah PLTU menggunakan siklus Ramkine sederhana dirancang dapat

menghasilkan daya output 200MW. Jika efisiensi PLTU tersebut adalah

40%, hitunglah laju aliran kebutuhan bahan bakar jika menggunakan

batubara dengan nilai kalor 35.000 kJ/kg.