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.