data...... turbin
TRANSCRIPT
-
7/30/2019 Data...... Turbin
1/11
turbin uap
Turbin uap merupakan suatu penggerak mula yang mengubah energi
potensial uap menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini selanjutnya diubah
menjadi energi mekanis dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin, lansung
atau dengan bantuan roda gigi reduksi, dihubungkan dengan mekanisme yang
akan digerakkan. Tergantung pada jenis mekanisme yang digunakan, turbin uap
dapat digunakan pada berbagai bidang seperti pada bidang industri, untuk
pembangkit tenaga listrik dan untuk transportasi. Pada proses perubahan energi
potensial menjadi energi mekanisnya yaitu dalam bentuk putaran poros dilakukan
dengna berbagai cara.
Turbin uap modern pertama kali dikembangkan oleh Sir Charles Parsons
pada tahun 1884. Pada perkembangannya, turbin uap ini mampu menggantikan
peranan dari kerja mesin uap piston torak. Hal ini disebabkan karena turbin uap
memiliki kelebihan berupa efisiensi termal yang besar dan perbandingan berat
dengan daya yang dihasilkan yang cukup tinggi. Pada prosesnya turbin uap
menghasilkan gerakan rotasi, sehingga hal ini sangat cocok digunakan untuk
menggerakkan generator listrik. Pada saat ini, sudah hampir 80% pembangkit
listrik diseluruh dunia telah menggunakan turbin uap.
Secara umum turbin uap dapat digolongkan menjadi tiga macam yaitu
turbin impuls, reaksi dan gabungan. Penggolongan ini berdasarkan cara
mendapatkan perubahan energi potensial menjadi energi kinetik dari semburan
uapnya.
Turbin Impuls VS Turbin Reaksi (untuk lebih jelas, klik pada gambar)
-
7/30/2019 Data...... Turbin
2/11
Adapun turbin impuls mengubah energi potensial uapnya menjadi energi kinetik
didalam nosel (yang dibentuk oleh sudu-sudu diam yang berdekatan). Nosel
diarahkan kepada sudu gerak. Didalam sudu-sudu gerak, energi kinetik diubah
menjadi energi mekanis. Energi potensial uap berupa ekspansi uap, yang
diperoleh dari perubahan tekanan awal hingga tekanan akhirnya di dalam sebuah
nosel atau dalam satu grup nosel yang ditempatkan didepan sudu-sudu cakram
yang berputar. Penurunan tekanan uap didalam nosel diikuti dengan penurunan
kandungan kalornya yang terjadi didalam nosel. Hal ini menyebabkan naiknya
kecepatan uap yang keluar dari nosel (energi kinetik). Kemudian energi kecepatan
semburan uap yang keluar dari nosel yang diarahkan kepada sudu gerak (sudu-
sudu cakram yang berputar) memberikan gaya impuls pada-pada sudu gerak
sehingga menyebabkan sudu-sudu gerak berputar (melakukan kerja mekanis).
Atau bisa dafahami secara sederhana pronsip kerja dari turbin impuls yaitu
turbin yang proses ekspansi lengkap uapnya hanya terjadi pada kanal diam (nosel)
saja, dan energi kecepatan diubah menjadi kerja mekanis pada sudu-sudu turbin.
Kecepatan uap yang keluar dari turbin jenis ini bisa mencapai 1200/detik. Turbin
jenis ini pertama kali dibuat oleh de Laval, yang mana turbin ini mampu
beroperasi pada putaran 30.000rpm.
Pada aplikasinya turbin impuls ini dilengkapi dengan roda gigi reduksi
untuk memindahkan momen putar ke mekanisme yang akan digerakkan seperti
generator listrik.
Turbin reaksi yaitu turbin yang ekspansi uapnya tidak hanya terjadi pada
laluan-laluan sudu pengarah (nosel) yang tetap saja tetapi juga terjadi pada laluan
sudu gerak (sudu-sudu cakram yang berputar), sehingga terjadi penurunan
keseluruhan kandungan kalor pada semua tingkat sehingga terdistribusi secara
seragam. Turbin yang jenis ini umumnyan digunakan untuk kepentingan industri.
-
7/30/2019 Data...... Turbin
3/11
Kecepatan uap yang mengalir pada turbin (yang biasanyan nekatingkat) lebih
rendah yaitu sekitar 100 200 m/detik.
Prinsip Kerja Turbin Uap
Pada dasarnya prinsip kerja turbin uap sama dengan mesin uap tipe bolak
balik. Bedanya mesin uap tipe bolak balik menggunakan piston, sedangkan turbin
uap menggunakan turbin. Pada mesin uap tipe bolak balik, kalor diubah terlebih
dahulu menjadi energi kinetik translasi piston. Setelah itu energi kinetik translasi
piston diubah menjadi energi kinetik rotasi roda pemutar. Nah, pada turbin uap,
kalor langsung diubah menjadi energi kinetik rotasi turbin.
Turbin bisa berputar akibat adanya perbedaan tekanan. Suhu uap sebelah
atas bilah jauh lebih besar daripada suhu uap sebelah bawah bilah (bilah tuh
lempeng tipis yang ada di tengah turbin). Ingat ya, suhu berbading lurus dengan
tekanan. Karena suhu uap pada sebelah atas bilah lebih besar dari suhu uap pada
sebelah bawah bilah maka tekanan uap pada sebelah atas bilah lebih besar
daripada tekanan uap pada sebelah bawah bilah. Adanya perbedaan tekanan
menyebabkan si uap mendorong bilah ke bawah sehingga turbin berputar. Arah
putaran turbin tampak seperti gambar di bawah:
Perlu diketahui bahwa prinsip kerja mesin uap didasarkan pada diagram
perpindahan energi yang telah dijelaskan di atas. Dalam hal ini, energi mekanik
bisa dihasilkan apabila kita membiarkan kalor mengalir dari benda atau tempat
bersuhu tinggi menuju benda atau tempat bersuhu rendah. Dengan demikian,
perbedaan suhu sangat diperlukan pada mesin uap. Btw, apabila dirimu perhatikan
cara kerja mesin uap tipe bolak balik, tampak bahwa piston tetap bisa bergerak ke
kanan dan ke kiri walaupun tidak ada perbedaan suhu (tidak ada kondensor dan
http://www.penjagahati.com/2011/05/prinsip-kerja-turbin-uap.htmlhttp://www.penjagahati.com/2011/05/prinsip-kerja-turbin-uap.html -
7/30/2019 Data...... Turbin
4/11
pompa). Piston bisa bergerak ke kanan akibat adanya pemuaian uap bersuhu
tinggi atau uap bertekanan tinggi. Dalam hal ini, sebagian kalor pada uap berubah
menjadi energi kinetik translasi piston. Energi kinetik translasi piston kemudian
berubah menjadi energi kinetik rotasi roda pemutar. Setelah melakukan setengah
putaran, roda akan menekan piston kembali ke kiri. Ketika roda menekan piston
kembali ke kiri, energi kinetik rotasi roda berubah lagi menjadi energi kinetik
translasi piston. Ketika piston bergerak ke kiri, piston mendorong uap yang ada
dalam silinder. Pada saat yang sama, katup pembuangan terbuka. Dengan
demikian, uap yang didorong piston tadi akan mendorong temannya ada di
sebelah bawah katup pembuangan. Nah, apabila suhu uap yang berada di sebelah
bawah katup pembuangan = suhu uap yang didorong piston, maka semua energi
kinetik translasi piston akan berubah lagi menjadi energi dalam uap. Energi dalam
berbanding lurus dengan suhu. Kalau energi dalam uap bertambah maka suhu uap
meningkat. Suhu berbanding lurus dengan tekanan. Kalau suhu uap meningkat
maka tekanan uap juga meningkat. Dengan demikian, tekanan uap yang dibuang
melalui katup pembuangan = tekanan uap yang masuk melalui katup masukan.
Piston akan tetap bergerak ke kanan dan ke kiri seterusnya tetapi tidak akan ada
energi kinetik total yang bisa dimanfaatkan (tidak ada kerja total yang dihasilkan).
Jadi energi kinetik yang diterima oleh piston selama proses pemuaian (piston
bergerak ke kanan) akan dikembalikan lagi kepada uap selama proses penekanan
(piston bergerak ke kiri). Pahami perlahan-lahan ya Dari penjelasan panjang
lebar dan bertele-tele sebelumnya, kita bisa menyimpulkan bahwa perbedaan suhu
dalam mesin uap tetap diperlukan. Perbedaan suhu dalam mesin uap bisa
diperoleh dengan memanfaatkan kondensor. Ketika suhu dan tekanan uap yang
berada di sebelah bawah katup pembuangan jauh lebih kecil dari pada suhu dan
tekanan uap yang berada di dalam silinder, maka ketika si piston bergerak
-
7/30/2019 Data...... Turbin
5/11
kembali ke kiri, besarnya tekanan (P = F/A) yang dilakukan piston terhadap uap
jauh lebih kecil daripada besarnya tekanan yang diberikan uap kepada piston
ketika si piston bergerak ke kanan. Dengan kata lain, besarnya usaha alias kerja
yang dilakukan piston terhadap uap jauh lebih kecil daripada besarnya kerja yang
dilakukan uap terhadap piston (W = Fs). Jadi hanya sebagian kecil energi kinetik
piston yang dikembalikan lagi pada uap. Dengan demikian akan ada energi kinetik
total atau kerja total yang dihasilkan. Energi kinetik total ini yang dipakai untuk
menggerakan sesuatu (membangkitkan listrik dkk) Pembangkitan energi listrik
akan dibahas secara mendalam pada pokok bahasan listrik dan magnet.
Dunia industri sekarang ini membutuhkan suatu instalasi pembangkit
daya yang berfungsi sebagai sumber tenaga (menggerakkan generator) dan
sebagai penunjang proses produksi yang lain (menggerakkan pompa, kompressor,
baling-baling dll). Instalasi pembangkit daya terdiri dari ketel uap dan turbin uap,
turbin uap adalah mesin konversi energi yang dapat mengubah energi potensial
uap menjadi energi mekanik yang selanjutnya dapat memutar poros turbin. Energi
merupakan kemampuan suatu zat untuk melakukan kerja. Dan Penggunaan uap
sebagai fluida kerja didasarkan atas existensinya sebagai sumber tenaga yang
besar dan belum dapat digeser oleh sumber energi yang lain. Turbin uap
menggunakan fluida kerja berupa uap yang diproduksi oleh ketel uap. Pada Tugas
Akhir ini dianalisa Turbin Uap Curtis Multistage dengan daya 4500 kW yang
digunakan Pabrik Gula Gempolkrep sebagai penggerak generator. Turbin Uap
Curtis merupakan Turbin Impuls dengan kecepatan bertingkat, dimana jumlah
tingkatnya adalah 4 tingkat. Dengan menggunakan analisa thermodinamika,
didapat bahwa kecepatan uap yang melalui nosel mengalami kenaikan sebesar
-
7/30/2019 Data...... Turbin
6/11
334,5 m/s, sedangkan pada sudu gerak kecepatannya mengalami penurunan
sebesar 323,63 m/s. Gaya yang bekerja pada sudu mengalami kenaikan pada tiap
tingkatnya, pada tingkat pertama 439,29 kg dan tingkat keempat 453,47 kg.
Kerugian energi kinetik pada sudu gerak sebesar 20,787 kkal/kg dengan
prosentase 14,39 %, kerugian energi pada nosel, yaitu sebesar 14,181 kkal/kg
dengan prosentase sebesar 9,81 %. Total kerugian energi sebesar 44,453 kkal/kg,
sehingga energi yang dapat dimanfaatkan sebesar 100,047 kkal/kg dari energi
yang masuk turbin sebesar 144,5 kkal/kg. Total efisiensi pada turbin sebesar 69,24
%. Dalam usaha meningkatkan daya, efisiensi dan umur pemakaian turbin uap
Curtis dapat dilakukan bila kita mengerti dan memiliki pengetahuan yang
mendalam tentang turbin uap curtis, serta perhatian mengenai berbagai hal yang
berhubungan dengan sistem pembangkit 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.
-
7/30/2019 Data...... Turbin
7/11
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.
Komponen Utama Turbin Uap
Secara umum komponen-komponen utama dari sebuah turbin uap adalah :
Nosel, sebagai media ekspansi uap yang merubah energi potensial menjadi
energi kinetik.
Sudu, alat yang menerima gaya dari energi kinetik uap melalui nosel.
-
7/30/2019 Data...... Turbin
8/11
Cakram, tempat sudu-sudu dipasang secara radial pada poros.
Poros, sebagai komponen utama tempat dipasangnya cakram-cakram
sepanjang sumbu.
Bantalan, bagian yang berfungsi uuntuk menyokong kedua ujung poros
dan banyak menerima beban.
Kopling, sebagai penghubung antara mekanisme turbin uap dengan
mekanisme yang digerakkan.
Klasifikasi Turbin Uap
Turbin uap dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
a. Menurut arah aliran uap
Turbin aksial Fluida kerja mengalir dalam arah yang sejajar terhadap sumbu
turbin Turbin radialFluida kerja mengalir dalam arah yang tegak lurus terhadap
sumbu turbin.
b. Menurut prinsip aksi uap
Turbin impuls Energi potensial uap diubah menjadi energi kinetik di dalam nosel.
Turbin reaksiEkspansi uap terjadi pada sudu pengarah dan sudu gerak.
c. Menurut kondisi uap pada sisi masuk turbin.
Turbin tekanan rendah Memakai uap pada tekanan 1,2 2 ata. Turbin tekanan
menengah
Memakai uap pada tekanan sampai 40 ata. Turbin tekanan tinggi Memakai uap
pada tekanan sampai 170 ata atau lebih. Turbin tekanan super tinggi Memakai
uap pada tekanan sampai 235 ata atau lebih.
-
7/30/2019 Data...... Turbin
9/11
d. Menurut pemakaiannya di bidang industry
- Turbin stasioner dengan putaran yang konstan yang dipakai terutama untuk
generator.
- Turbin stasioner dengan putaran yang bervariasi dipakai untuk mengerakkan
blower turbo, pompa, dan lain-lain.
- Turbin tidak stasioner dengan putaran yang bervariasi, biasa digunakan pada
kapal dan lokomotif uap.
Pada dasarnya prinsip kerja turbin uap sama dengan mesin uap tipe bolak balik.
Bedanya mesin uap tipe bolak balik menggunakan piston, sedangkan turbin uap
-
7/30/2019 Data...... Turbin
10/11
menggunakan turbin. Pada mesin uap tipe bolak balik, kalor diubah terlebih
dahulu menjadi energi kinetik translasi piston. Setelah itu energi kinetik translasi
piston diubah menjadi energi kinetik rotasi roda pemutar. Nah, pada turbin uap,
kalor langsung diubah menjadi energi kinetik rotasi turbin.
Turbin bisa berputar akibat adanya perbedaan tekanan. Suhu uap sebelah atas
bilah jauh lebih besar daripada suhu uap sebelah bawah bilah (bilah tuh lempeng
tipis yang ada di tengah turbin). Ingat ya, suhu berbading lurus dengan tekanan.
Karena suhu uap pada sebelah atas bilah lebih besar dari suhu uap pada sebelah
bawah bilah maka tekanan uap pada sebelah atas bilah lebih besar daripada
tekanan uap pada sebelah bawah bilah. Adanya perbedaan tekanan menyebabkan
si uap mendorong bilah ke bawah sehingga turbin berputar. Arah putaran turbin
tampak seperti gambar di bawah:
Perlu diketahui bahwa prinsip kerja mesin uap didasarkan pada diagram
perpindahan energi yang telah dijelaskan di atas. Dalam hal ini, energi mekanik
bisa dihasilkan apabila kita membiarkan kalor mengalir dari benda atau tempat
bersuhu tinggi menuju benda atau tempat bersuhu rendah. Dengan demikian,
perbedaan suhu sangat diperlukan pada mesin uap.
Btw, apabila dirimu perhatikan cara kerja mesin uap tipe bolak balik, tampakbahwa piston tetap bisa bergerak ke kanan dan ke kiri walaupun tidak ada
perbedaan suhu (tidak ada kondensor dan pompa). Piston bisa bergerak ke kanan
akibat adanya pemuaian uap bersuhu tinggi atau uap bertekanan tinggi. Dalam hal
ini, sebagian kalor pada uap berubah menjadi energi kinetik translasi piston.
Energi kinetik translasi piston kemudian berubah menjadi energi kinetik rotasi
roda pemutar. Setelah melakukan setengah putaran, roda akan menekan piston
kembali ke kiri. Ketika roda menekan piston kembali ke kiri, energi kinetik rotasi
roda berubah lagi menjadi energi kinetik translasi piston. Ketika piston bergerak
ke kiri, piston mendorong uap yang ada dalam silinder.
Pada saat yang sama, katup pembuangan terbuka. Dengan demikian, uap yang
didorong piston tadi akan mendorong temannya ada di sebelah bawah katuppembuangan. Nah, apabila suhu uap yang berada di sebelah bawah katup
pembuangan = suhu uap yang didorong piston, maka semua energi kinetik
translasi piston akan berubah lagi menjadi energi dalam uap. Energi dalam
berbanding lurus dengan suhu. Kalau energi dalam uap bertambah maka suhu uap
http://2.bp.blogspot.com/-fY2ucaHtTM8/TcON4BOM5OI/AAAAAAAAAZ0/exIzoycnT3g/s1600/turbin%2Buap.jpg -
7/30/2019 Data...... Turbin
11/11
meningkat. Suhu berbanding lurus dengan tekanan. Kalau suhu uap meningkat
maka tekanan uap juga meningkat. Dengan demikian, tekanan uap yang dibuang
melalui katup pembuangan = tekanan uap yang masuk melalui katup masukan.
Piston akan tetap bergerak ke kanan dan ke kiri seterusnya tetapi tidak akan ada
energi kinetik total yang bisa dimanfaatkan (tidak ada kerja total yang dihasilkan).Jadi energi kinetik yang diterima oleh piston selama proses pemuaian (piston
bergerak ke kanan) akan dikembalikan lagi kepada uap selama proses penekanan
(piston bergerak ke kiri). Pahami perlahan-lahan ya
Dari penjelasan panjang lebar dan bertele-tele sebelumnya, kita bisa
menyimpulkan bahwa perbedaan suhu dalam mesin uap tetap diperlukan.
Perbedaan suhu dalam mesin uap bisa diperoleh dengan memanfaatkan
kondensor. Ketika suhu dan tekanan uap yang berada di sebelah bawah katup
pembuangan jauh lebih kecil dari pada suhu dan tekanan uap yang berada di
dalam silinder, maka ketika si piston bergerak kembali ke kiri, besarnya tekanan
(P = F/A) yang dilakukan piston terhadap uap jauh lebih kecil daripada besarnya
tekanan yang diberikan uap kepada piston ketika si piston bergerak ke kanan.Dengan kata lain, besarnya usaha alias kerja yang dilakukan piston terhadap uap
jauh lebih kecil daripada besarnya kerja yang dilakukan uap terhadap piston (W =
Fs). Jadi hanya sebagian kecil energi kinetik piston yang dikembalikan lagi pada
uap. Dengan demikian akan ada energi kinetik total atau kerja total yang
dihasilkan. Energi kinetik total ini yang dipakai untuk menggerakan sesuatu
(membangkitkan listrik dkk) Pembangkitan energi listrik akan dibahas secara
mendalam pada pokok bahasan listrik dan magnet.