Senin, 7-8 TURBIN UAP

MAKALAHUNTUK MEMENUHI TUGAS MATAKULIAHMesin Konversi Energi IIyang dibina oleh Bapak Prof. Dr. Djoko Kustono, M.Pd

oleh:

Akh. Faizal Firdaus( 140511606888 )Clara Puspa Dian S.( 120511403269 )Fachruddin ( 120511427432 )Lalank Pattrya M.( 1205114274 99)

UNIVERSITAS NEGERI MALANGFAKULTAS TEKNIKJURUSAN TEKNIK MESINSEPTEMBER 2014

DAFTAR ISI

BAB I PENDAHULUANA. Latar Belakang 2B. Tujuan Pembahasan 3BAB II PEMBAHASANA. Pengertian Turbin Uap 4B. Komponen Turbin Uap 5C. Klasifikasi Turbin Uap 9D. Prinsip Kerja Turbin Uap 22E. Sistem Pemipaan Turbin Uap 23F. Perhitungan Pada Turbin Uap24BAB III KESIMPULAN29DAFTAR RUJUKAN30

BAB IPENDAHULUANA. Latar BelakangPada beberapa perusahaan bahkan instansi tertentu memasang sebuah alat yang dapat menghasilkan energi dalam skala besar. Alat tersebut dapat dikategorikan sebagai mesin konversi energi, salah satu mesin konversi energi yang paling sering dijumpai adalah turbin. Turbin pada dasarnya dibagi menjadi tiga yaitu turbin gas, turbin air, dan turbin uap. Pada makalah ini akan membahas mengenai turbin uap. Menurut Muin (1993:17) turbin uap merupakan karya dari Hero seorang Alexandria pada tahun 120 SM dengan prinsip reaksi, selanjutnya pada tahun 1629 Giovani Branca juga membuat turbin dalam bentuk yang lebih sederhana dibandingkan dengan ciptaan Hero, turbin ini menerapkan prinsip aksi. Pada tahun 1806-1813 Polikarp Zalesov dan tahun 1830 pekerja dari pabrik Nizhny Tagil juga membuat sebuah turbin uap, namun semua ciptaan tersebut tidak begitu dikenal dalam dunia teknologi dikarenakan hasil mereka kurang praktis dan ekonomis.Pada tahun 1883 seoang Insinyur dari Swedia bernama Gutav de Laval menciptakan sebuah turbin uap dari jenis Turbin tekanan sama bertingkat tunggal dengan roda gerak tunggal, turbin ini memiliki kapasitas hingga 5 DK dengan prinsip impuls dan aksi, yang berkembang dengan nama turbin de Laval. Setahun kemudian (1884) Charles Algernon Parson berkebangsaan Inggris menciptakan turbin uap dari jenis Turbin Reaksi Bertingkat Ganda, turbin dengan Prinsip reaksi ini berkembang dengan nama turbin Parson. Turbin terdahulu telah menerapkan sistem aksi dan reaksi, perbedaan dari kedua sistem tersebut terletak pada tipe gaya tangensialnya. Selanjutnya pada tahun 1908 Frederik Ljungstrom dan Briger Ljungstrom mengembangkan turbin uap dengan prinsip radial reaksi dengan roda gerak ganda dan putaran yang berlawanan. Pembahasan lebih lengkap mengenai turbin uap akan diuraikan pada pembahasan makalah ini. B. Rumusan Masalah1. Apa definisi turbin uap?2. Apa saja komponen turbin uap?3. Bagaimana klasifikasi turbin uap?4. Bagaimana prinsip kerja dari turbin uap?5. Bagaimana sistem pemipaan uap pada turbin uap?6. Bagaimana perhitungan yang terjadi pada turbin uap?

BAB IIPEMBAHASANA. Definisi Turbin UapTurbin uap adalah pesawat dengan aliran tetap (steady flow machine), di mana uap melalui nosel diekspansikan ke sudu-sudu turbin dengan penurunan tekanan yang drastis sehingga terjadi perubahan energi kinetik pada uap (Pudjanarsa dan Nursuhud, 2006:99). Menurut Pudjanarsa dan Nursuhud (2006: 99) turbin uap mendapat energi uap yang bertemperatur dan bertekanan tinggi yang berekspansi melalui sudu-sudu turbin sehingga mengakibatkan poros turbin berputar dan menghasilkan tenaga. Uap dihasilkan oleh dari ketel uap yang berfungsi mengubah air menjadi uap.

Gambar :Turbin Uap Turbin uap termasuk dalam kelompok pesawat konversi energi yang merubah energi potensial uap menjadi energi mekanik pada poros turbin, sebelum dikonversikan menjadi energi mekanik terlebih dahulu dirubah menjadi energi kinetik di dalam nozzle (pada turbin impuls) serta dalam nozzle dan sudu-sudu gerak (pada turbin reaksi).Turbin uap menghasilkan energi mekanik dari pemanfaatan energi potensial uap selain dari mesin uap torak. Energi mekanik ini diperoleh sebagai hasil kali dari gaya tangensial (Ft) dengan kecepatan tangensial (U). Turbin uap secara sederhana terdiri dari sebuah roda penggerak yang dipasangi sudu-sudu pada permukaan lingkarnya dan sebuah tabung pancar ekspansi (nozzle) yang dibangun dalam satu rumah turbin.Turbin uap biasa digunakan pada industri-industri besar sebagai mesin penggerak generator listrik untuk membangkitkan tenaga listrik atau langsung menggerakkan mesin-mesin perkakas seperti bubut, pompa, dan kompresor. Seperti saat ini dimana krisis energi mulai terjadi maka dibangun pembangkit listrik seperti PLTU yang menggunakan turbin uap dalam pengoperasiannya.B. Komponen Turbin UapKomponen atau kontruksi turbin uap terdiri dari beberapa bagian, yaitu:1. Nozzle Nozzle adalah salah satu komponen terpenting dalam turbin uap yang berfungsi sebagai sarana konversi energi yang merubah energi termal menjadi energi kinetik. Konstruksinya yang berbentuk divergen memungkinkan uap mengekspansi di dalamnya sehingga membuat tekanan uap, temperatur, dan entalpi turun sehingga terjadi penurunan energi termal. Sedangkan volume jenis, kecepatan aliran uap naik sehingga menimbulkan energi kinetis.

Gambar : NozzleSyarat-syarat sebuah nozzle (Muin, 1993:341) adalah:a. Dapat menghindari perubahan tiba-tiba dari arah aliran uap.b. Sisi keluar nozzle harus dirancang agar energi dari tingkat sebelumnya dapat dipakai pada tingkat yang sebanyak mungkin.c. Permukaan saluran harus sehalus mungkin, untuk mereduksi friksi antara uap dan saluran nozzle.d. Rancangan harus mudah untuk diproduksi dan penghalusan untuk memungkinkan saluran yang seteliti mungkin.Secara garis besar nozzle dibagi menjadi dua jenis, yaitu:a. Nozzle KonvergenCocok untuk mengekspansikan uap dari tekanan tertentu ke tekanan yang lebih tinggi dari tekanan kritis yang bersangkutan, yaitu: Untuk uap saturasi sampai tekanan yang lebih tinggi dari 0,577 tekanan awal ekspansi. Untuk uap adi panas sampai tekanan yang lebih tinggi dari 0,546 tekanan awal ekspansi.b. Nozzle Konvergen-DivergenCocok untuk mengekspansikan uap dari tekanan-tekanan awal tertentu ke tekenan yang leih rendah dari tekanan kritis yang bersangkutan. Dalam proses ekspansi uap dari ekanan awal p1 ke tekanan akhir p2 terdapat dua macam kondisi akhir, yaitu: Ekspansi atasBila tekanan akhir ekspansi P2 lebih rendah dari tekanan lingkungan, uap dalam nozzle mengekspansi mendekati P2. Ekspansi bawahBila tekanan akhir ekspansi p2 lebih tinggi dari tekanan lingkungan, sedangkan kapasitas nozzle dibatasi untuk pengekspansian uap di dalamnya2. Diagframa

Gambar di atas memperlihatkan sebuah diafragma nozel yang terdiri dari pusat dari baja A, yang padanya beberapa elemen nozel B dipasang dengan sistem kelingan (rivetting). Sisi-sisi yang berbatasan dikerjakan dengan mesin secara radial, oleh karena itu, bila elemen-elemen dipasangkan pada alur pusat diafragma, maka satu sama lain akan cocok dan sesuai sehingga membentuk suatu gelang yang lengkap.

3. Sudu-sudu (Blade)Sudu merupakan alat yang mengubah energi kinetis menjadi energi mekanis dengan jalan mengubah arah dan momentum dari ketel uap yang dihasilkan oleh nozzle dan menghasilkan gaya tangensial yang memutar barisan sudu-sudu yang terpasang pada rotor.

Gambar: Sudu Turbin uap

4. Rotor (Cakram)Adalah bagian turbin yang berputar yang terdiri dari poros, sudu turbin atau deretan sudu yaitu Stasionary Blade dan Moving Blade. Selain itu, tempat dimana sudu-sudu dipasang secara radial. Untuk turbin bertekanan tinggi atau ukuran besar, khususnya untuk turbin jenis reaksi maka motor ini perlu di Balance untuk mengimbangi gaya reaksi yang timbul secara aksial terhadap poros.

Gambar :Rotor5. Silinder (Casing)Silinder merupakan rumah turbin yang berfungsi untuk menyatukan komponen-komponen instalasi turbin dalam satu unit operasional. Silinder akan menjadi penyekat ruang uap dan berbentuk mengikuti aliran uap di dalamnya. Untuk kemudahan perakitan, maka silinder dikonstruksikan dalam dua bagian memanjang sepanjang sumbu rotor turbin sampai dengan flens dan baut. Turbin modern pada umumnya memiliki sebuah silinder ganda hal ini memiliki pengertian bahwa turbin memiliki rumah bagian dalam dan rumah bagian luar. 6. PorosMerupakan komponen utama tempat dipasangnya cakram atau rotor sepanjang sumbu.

C. Klasifikasi Turbin UapMenurut Muin (1993:61) klasifikasi turbin uap dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu:1. Turbin uap menurut prinsip kerjaTurbin jenis ini dibagi menjadi dua jenis, yaitu:a. Turbin Aksial-AksiPada turbin ini uap dari turbin diekspansikan dalam nozzle dari tekanan pertama ke tekanan tertentu, maka akibat penurunan tekanan ini akan terjadi kenaikan kecepatan uap (kecepatan uap meninggalkan turbin atau memasuki nozzle dan kecepatan uap meninggalkan nozzle atau memasuki sudu gerak. Energi potensial uap bergantung kepada tekanan dan suhu uap, maka pada penurunan tekanan (proses ekspansi) akan terjadi penuruhan suhu dari suhu uap masuk nozzle sehingga terjadi penurunan energi potensial uap.Dalam sudu-sudu terjadi penurunan kecepatan uap. Selama di dalam sudu-sudu tidak terjadi perubahan tekanan uap sehingga tekanan uap masuk sama dengan tekanan uap keluar. b. Turbin Aksial-ReaksiPada turbin ini uap mengembang dalam nozzle dan sudu-sudu gerak. Di dalam nozzle, tekanan akan turun dari tekanan semula, dan akan terjadi kenaikan kecepatan dan akan terjadi penurunan entalpi uap dari semula. Sedangkan di dalam rotor, akan terjadi penurunan tekanan uap dari tekanan awal, dan akan terjadi penurunan kecepatan dari kecepatan semula. Jadi pada turbin reaksi terjadi ekspansi uap dalam nozzle dan sudu-sudu gerak. Sudu-sudu berbentuk airfoil dan bentuk ini akan menghasilkan saluran aliran uap yang berbentuk nozzle konvergen divergen.2. Turbin uap menurut sistem kerjaTurbin jenis ini dibagi atas:a. Turbin De LavalPada turbin ini proses pengkonversian energi potensial (termal) menjadi energi kinetik terjadi dalam tabung pancar ekspansi. Dalam tabung pancar ekspansi terjadi kehilangan energi panas sebesar entalpi uap masuk dikurangi entalpi uap bekas dan bersamaan dengan itu terjadi kenaikan energi kinetik sebesar setengah masa uap masuk dikalikan dengan kuadrat dari kenaikan kecepatan uap memasuki tabung pancar ekspasi. Dari prinsip tersebut diperoleh hasil kecepatan uap masuk turbin secara teoritis, sedang kecepatan yang sebenarnya bergantung pada kualitas dari tabung pancar ekspansi biasa disimbolkan dengan .

Sedangkan proses konversi energi kinetik menjadi energi mekanik terjadi di dalam sudu-sudu gerak. Dalam sudu gerak terjadi kehilangan energi kinetik sebesar setengah dari kuadrat penurunan kecepatan relatif dan sejalan dengan itu maka timbul energi mekanik yang besarnya sama dengan hasil kali dari gaya tangensial roda gerak tersebut. Turbin de Laval memiliki nilai efisiensi yang lebih rendah dibandingkan dengan mesin uap torak karena pada turbin ini bekerja menggunakan uap kering bertekanan tinggi sehingga menimbulkan kerugian friksi yang besar. Turbin de Lacvsl memiliki 4 buah tabung pancar ekspansi (nozzle) yang dapat ditutup secara terpisah untuk mengatur konsumsi uap untuk turbin.

b. Turbin Curtis Lain halnya dengan turbin de Laval, turbin Curtis mengkonversikan seluruh kehilangan energi potensial dalam satu tingkat tekanan dalam nozzle dan dalam lebih dari satu tingkat kecepatan dan dalam lebih dari satu rai sudu-sudu gerak. Jadi susunan rai sudu-sudu gerak turbin Curtis merupakan susunan rai sudu-sudu gerak turbin de Laval yang dibatasi oleh rai sudu-sudu tetap yang berlawanan arah dengan sudu-sudu gerak yang berfungsi sebagai pemandu uap bekas dari rai pertama sudu-sudu gerak, sehingga menjadi uap baru untuk sudu-sudu gerak berikutnya.

Bila uap memasuki sudu-sudu gerak pada rai berikutnya maka kecepatan uap akan menurun pada tingkat berikunya, sehingga akan terbentuk tingkat kecepatan. Oleh karena dalam satu rotor terdapat lebih dari satu baris (rai) sudu-sudu gerak maka setiap sudu pemandu memberikan tahanan gesekan tanpa menghasilkan energi kinetik.Turbin Curtis dapat terpasang pada satu roda gerak (rotor) tetapi ada pula yang dipasang pada beberapa rotor yang disusun secara seri. Pada susunan ini antara roda gerak yang pertama dan seterusnya dibatasi oleh nozzle sehingga kehilangan (droping) energi potensial uap dapat terbagi sebanyak rotor yang terpasang. Pada setiap nozzle terjadi ekspansi uap serta pertukaran energi potensial menjadi energi kinetik sehingga pada setiap bagian turbin terdapat satu tingkat tekanan. Turbin yang memiliki rotor dengan susunan seri disebut dengan Turbin Curtis susunan ganda. Turbin jenis ini memiliki kelemahan yaitu tidak dapat memenuhi kebutuhan tingkat tekanan secara ekonomis.c. Turbin RateauPada turbin ini rai sudu-sudu gerak dibatasi oleh satu rai sudu-sudu nozzle yang berfungsi sebagai alat pengkonversi energi potensial uap menjadi energi kinetik. Pada prinsipnya turbin jenis ini merupakan susunan seri dari turbin de Laval. Seluruh rai sudu-sudu gerak dan sudu nozzle dipasangkan dalam satu rumah turbin dan semua rotor terpasang pada satu poros. Turbin ini merupakan turbin impuls bertingkat bertekanan ganda.

Sudu-sudu gerak berbentuk simetris yang memungkinkan tekanan sebelum dan sesudah sudu-sudu gerak berada dalam keadaan konstan. Tetapi berbeda dengan volume jenis uap yang tak dihindari untuk mengekspansi. Itulah sebabnya sudu-sudu gerak turbin jenis ini dan turbin-turbin kompon dibuat lebih panjang sesuai dengan ekspansi uap.d. Turbin Impuls Kombinasi Sistem tingkat kecepatan berganda atau velositas kompon dan sistem tingkat tekanan berganda telah diterapkan pada turbin Curtis dan Rateau. Sistem tersebut hanya dapat dilakukan dengan mengkombinasikan sistem Curtis dan Reteau, sistem ini biasa dikenal dengan Turbin Kombinasi Curtis-Rateau. Keuntungan sistem kombinasi ini adalah dengan kecepatan tangensial yang sama mampu menghasilkan efisiensi sudu secara maksimal, roda kompon dapat menghilangkan energi potensial secara teori sebanyak empat kali dari turbin de Laval.

Karena droping energi potensial yang tinggi pada roda kompon dikarenakan oleh ekspansi uap secara drastis sehingga volume jenis uap yang besar memasuki kompartemen Zolley. Ukuran sudu pancar ekspansi dan sudu gerak pada kompartemen Zolley harus diperhitungkan untuk menghadapi ekspansi uap selanjutnya. Dengan ukuran sudu tersebut maka kompartemen Zolley dapat dilakukan pelumasan penuh untuk mengurangi kerugian ventilasi.e. Turbin ParsonTurbin Parson adalah turbin dengan aliran aksial atau disebut juga sebagai turbin reaksi dengan aliran aksial. Turbin Parson beroperasi seperti turbin de Laval, tetapi perbedaan terlihat pada ekspansi uap yang terjadi pada nozzle maupun pada sudu-sudu gerak. Jika pada rai (tingkat tekanan) de Laval terjadi hanya satu kali ekspansi uap maka pada turbin Parson terjadi dua kali ekspansi uap. Droping energi panas pada satu rai Parson sama dengan setengan droping panas pada de Laval.

Sudu-sudu gerak memegang peranan penting dalam mengoperasikan turbin uap, karena memiliki dua fungsi yaitu:1. Mengkonversi energi panas menjadi energi kinetik2. Mentransfer daya ke drum gerak untuk menggerakkan peralatan seperti generator dan pompaUntuk mendapatkan efisiensi yang baik, jumlah tingkat tekanan harus dibuat cukup banyak, jika tidak maka kecepatan tangensial sudu-sudu gerak harus dibuat lebih tinggi.f. Turbin LjungstromLjungstrom mengembangkan prinsip radial-reaksi yaitu dengan aliran uap masuk secara radial dan gaya tangensial secara reaksi. Turbin Ljungstrom bekerja dengan reaksi sempurna yaitu aspek reaksi tidak saja terjadi pada sudu-sudu gerak tetapi pada sudu-sudu pancar ekspansi.

Penerapan sistem ini dilakukan dengan pergerakan pada sudu-sudu pancar ekspansi dengan kecepatan tangensial dan gaya tangensial dalam bentuk reaksi. Pada turbin jenis ini menggunakan dua rotor dengan putaran yang berlawanan, nozzle pada turbin ini juga berfungsi sebagai sudu-sudu gerak sehingga dapat menghemat separuh tingkat jika dibandingkan dengan turbin Parson.3. Turbin uap menurut kondisi uap meninggalkan turbin:Turbin jenis ini terdiri dari:a. Turbin tekanan lawan (back preassure turbine)Turbin tekanan lawan dimana kondisi tekanan uap bekas sama dengan tekanan uap yang diperuntukkan untuk keperluan pengolahan pada kegiatan suatu industri. Misalnya pada pengolahan kelapa sawit, pada proses strelisasi dibutuhkan tekanan uap sekitar 4 kg/cm2 ABS, yang tetap konstan selama tekanan lawan tetap terjaga dalam keadaan konstan pula. Daya yang dihasilkan turbin dapat digunakan untuk menggerakkan generator listrik atau peralatan lain. Turbin jenis ini tidak mengalami kondensasi uap bekas, sehingga turbin ini disebut dengan turbin non kondensasi. Turbin tekanan lawan bisa saja dari jenis impuls maupun reaksi, yang terdiri dari turbin uap merk Stork dari jenis turbin Rateau dengan 7 tingkatan tekanan.b. Turbin kondensasi langsungTurbin uap yang beroperasi dengan mengkondensasikan uap bekasnya langsung dalam kondensor, guna memperoleh air kondensat yang dipakai sebagai pengisi ketel. Sistem ini dilaksanakan bila sulit memperoleh air yang memenuhi syarat sebagai pengisi ketel, atau mahalnya harga air seperti yang dialami pada kapal.c. Turbin ekstraksi dengan tekanan lawanTurbin beroperasi dengan uap bekas yang diperlukan untuk keperluan ekstraksi dan proses. Tekanan uap bekas bervariasi antara tekanan ekstrasi dan tekanan lawan. Tekanan lawan yang lebih rendah dari tekanan ekstraksi dapat mereduksi ekspansi uap, sehingga konstruksi turbin ini dapat lebih ringan.d. Turbin ekstraksi dengan kondensasiTurbin ini beroperasi dengan sebagian uap bekas dipakai untuk keperluan ekstraksi dan sebagian lagi untuk penyediaan kondensat untuk air pengisi ketel. e. Turbin kondensasi dengan ekstraksi gandaAdalah jenis turbin kondensasi dengan tekanan ekstraksi berganda. Uap bekas dari turbin digunakan untuk kebutuhan beberapa tingkat ekstraksi dan sisanya dijadikan kondensat dalam memenuhi kebutuhan air pengisi ketel.f. Turbin non kondensasi dengan aliran langsungTurbin uap dengan sistem aliran langsung tanpa menyuplai uap untuk keperluan ekstraksi dan tanpa memakai kondensor, jadi uap bekas langsung dibuang ke udara luar dengan tekanan lawan sama atau melebihi tekanan atmosfer. Turbin jenis ini biasanya dioperasikan pada PLTU yang tidak membutuhkan air kondensat untuk menyuplai air pengisi ketel. 4. Turbin uap menurut kondisi uap masuk turbinTurbin ini dibagi atas:a. Turbin tekanan rendahTurbin yang memiliki tekanan uap masuk turbin sampai dengan 2 bar (p 2 bar).

b. Turbin tekanan menengahBila tekanan uap masuk turbin sampai dengan 40 bar (p40 bar).

c. Turbin tekanan tinggiTurbin dengan tekanan uap amsuk sampai dengan 170 bar (p170 bar).

d. Turbin tekanan sangat tinggiTurbin dengan tekanan lebih dari 170 bar (p > 170 bar).e. Turbin tekanan adikritisTurbin dengan tekanan uap yang beroperasi lebih dari 225 bar (p>225 bar)

5. Turbin uap berdasasrkan jumlah silindera. Turbin uap silinder tunggalTurbin silinder ganda adalah turbin yang seluruh tingkat sudu-sudu gerak terletak di dalam satu silinder. Turbin jenis ini hanya bisa diterapkan pada turbin berkapasitas kecil.

b. Turbin uap multisilinder Turbin multisilinder pada dasarnya memiliki prinsip yang sama dengan turbin silinder tunggal, hanya saja pada jenis turbin ini dapat digunakan untuk turbin yang memiliki kapasitas kecil. Jenis dari turbin ini terdiri dari:1) Turbin uap silinder ganda dua

2) Turbin uap silinder ganda tiga

3) Turbin uap silinder ganda empat

6. Turbin uap berdasarkan sistem pemanasan ulang uapa. Turbin uap dengan pemanasan ulang tunggal

b. Turbin uap dengan pemanasan ulang ganda

D. Prinsip Kerja Turbin UapPada dasarnya prinsip kerja turbin uap dapat dijabarkan yaitu uap masuk ke dalam turbin melalui nozzle. Di dalam nozzle energi panas dari uap diubah menjadi energi kinetis dan uap mengalami pengembangan. Tekanan uap pada saat keluar dari nozzle lebih kecil daripada saat masuk ke dalam nozzle, akan tetapi sebaliknya kecepatan uap keluar nozzle lebih besar daripada saat masuk ke dalam nozzle. Uap yang memancar keluar dari nozzle diarahkan ke sudu-sudu turbin yang berbentuk lengkungan dan dipasang di sekeliling roda turbin. uap yang mengalir melalui celah-celah antara sudu turbin itu dibelokkan mengikuti lengkungan dari sudu turbin. Perubahan kecepatan uap menimbulkan gaya yang mendorong dan kemudian memutar roda dan poros turbin.Apabila uap masih memiliki kecepatan saat meninggalkan sudu turbin berarti hanya sebagian energi kinetik yang tersisa saat meninggalkan sudu turbin yang sedang berjalan. Agar energi kinetik itu dapat dimanfaatkan maka turbin harus dipasang lebih dari satu baris sudu-sudu gerak. Sebelum memasuki baris kedua dari sudu gerak maka antara baris pertama dan kedua sudu gerak dipasang satu baris sudu tetap yang berguna untuk mengubah arah kecepatan uap, agar uap dapat masuk ke baris kedua sudu gerak dengan arah yang tepat.Kecepatan uap saat meninggalkan sudu-sudu gerak yang terakhir harus dapat dibuat sekecil mungkin agar energi kinetik yang tersedia dapat dimanfaatkan sebanyak mungkin, sehingga efisiensi turbin menjadi lebih tinggi dikarenakan kehilangan energi relatif kecil.E. Sistem Pemipaan Uap pada Turbin UapSistem pemipaan merupakan bagian yang penting dalam instalasi turbin uap. Instalasi pipa yang baik bertujuan:1. Untuk mencegah berat dan ekspansi pemipaan dari tegangan tertentu pada rumah turbin. Hal ini berpengaruh pada kesegarisan sumbu poros.2. Untuk menghubungkan dan menyalurkan sistem pipa saluran masuk dan saluran keluar uap dan pemupukan air, hal ini bertujuan untuk menyediakan uap kering bagi turbin.Katup pemadaman disarankan dalam saluran uap untuk pengerjaan yang diijinkan pada turbin tanpa penutup ketel. Katup-katup akan ditempatkan dalam satu daerah jalan masuk antara turbin dan muara pipa. Rumah turbin harus dilindungi dari pemberatan pemipaan dan tegangan-tegangan ekspansi. Beban-beban termal pipa dapat dikurangi sampai batas-batas yang diterima dengan fleksibilitas yang terancang ke dalam pemipaan melalui pemakaian lengkung ekspansi dan peredam ekspansi. Sambungan dingin antara flens pipa dan flens turbin dibuat tanpa memaksa pipa dalam segala arah untuk sambungan yang dapat dipercaya.Katup pembebas udara dipasang antara flens saluran keluar uap bekas turbin dan katup pemadam saluran buang utama. Kegunaan katup pembebas udara untuk melindungi rumah turbin dari tekanan keluar yang melampaui batas yang diijinkan. Ukuran katup pembebas harus cukup untuk melewatkan kuantitas uap maksimal, yang mengalir melalui turbin tanpa membiarkan tekanan rumah turbin untuk melebihi tekanan perancangan.

F. Perhitungan pada Turbin Uap1. Proses ThermodinamikaPada setiap proses, beberapa sifat dari uap yang mengembang akan tinggal tetap yang memungkinkan untuk mengitung kondisi uap setelah ekspansi. Secara garis besar persamaan umum energi gas adalah:

Keterangan:Q= energi panasCv= panas spesifik pada proses isochordT= perubahan temperaturA= konstanta panas mekanik = p = tekanan dV = perubahan volumeapabila unsur A, p, dan dV dikalikan maka akan menghasilkan nilai usaha atau yang biasa disimbolkan dengan W. Sehingga rumus di atas juga dapat ditulis:

Rumus di atas merupakan dasar unuk proses perhitungan thermodinamika yang terjadi pada turbin uap. Proses thermodinamika yang biasa terjadi pada turbin uap adalah:1) Proses isokorik (proses yang terjadi pada volume konstan)Pada proses ini tidak terjadi perubahan volume atau nilai v1 = v2, dapat dirumuskan:

Maka untuk mengitung nilai P (tekanan) dan T (suhu) dapat menggunakan rumus: nilai n dan R dianggap konstan, maka:

Proses ini dignakan pada saat proses pembakaran dan pembuangan dari siklus ideal otto.2) Proses isobarik (proses yang terjadi pada tekanan konstan)Pada proses ini tidak terjadi perubahan tekanan atau nilai P1 = P2. Sehingga dapat dirumuskan:

Dari rumus Pv = nRT, dapat dicari nilai suhu dan volume untuk masing-masing proses.Maka

3) Proses isothermal (proses yang terjadi pada suhu konstan)Pada proses ini tidak terjadi perubahan suhu atau nilai T1 = T2. Dari rumus:

Jadi untuk mencari nilai volume dan tekanan untuk masing-masing proses dapat menggunakan rumus:

4) Proses hiperbola (proses yang terjadi pada tekanan dan volume konstan)

Keteragan :P1= tekanan awal(kg/cm2)X1= kadar uap awal(saturasi) jika X1 = 1 maka uap kering, jika X1 < 1 maka uap basahV1= volume jenis uap awal(m3/kg)P2= tekanan akhir(kg/cm2)X2= kadar uap akhir(saturasi)V2= volume jenis uap akhir(m3/kg)Energi uap pada kondisi awal dapat dirumuskan:

Sedangkan untuk menghitung uap pada kondisi akhir dapat digunakan rumus:

Sehingga dari kedua perbedaan kondisi tersebut dapat dihitung perbedaan nilai energi potensial dengan rumus :

2. Siklus Turbin UapSiklus yang sesuai dengan turbin uap adalah siklus Rankine. Siklus Rankine dapat dirumuskan:

Keterangan:Q1 = uap masuk (kkal/kg/det)Hn = entalpi pada titik nRumus di atas berlaku selama uap saturasi diproduksi pada tekanan p1=C.Siklus Rankine dapat diskemakan seperti gambar di bawah ini:

Energi yang dihasilkan turbin pada entropi konstan dapat dirumuskan:

Energi yang diserap oleh kondensor pada tekanan p2:

Energi yang dibutuhkan pompa untuk memompakan kondensat ke dalam generator uap pada entropi tetap adalah:

Besar energi bersih dari siklus ini dapat dirumuskan:

Sedang untuk mengitung nilai efisiensi dari siklus Rankine dapat menggunakan rumus:

Untuk menghitung konsumsi uap dapat menggunakan rumus:

BAB IIIKESIMPULANTurbin Uap adalah pesawat dengan aliran tetap (steady flow machine), di mana uap melalui nosel diekspansikan ke sudu-sudu turbin dengan penurunan tekanan yang drastis sehingga terjadi perubahan energi kinetik pada uap. Komponen utama dari turbin uap adalah nozzle, sudu, rotor, diagframa, poros, dan silinder. Secara garis besar turbin diklasifikasikan menjadi beberapa jenis antara lain turbin uap menurut prinsip kerja, sistem kerja, jumlah silinder, dan sistem pemanasan ulang. Siklus yang tepat untuk menghitung proses thermodinamika yang terjadi pada turbin uap adalah siklus Rankine.

DAFTAR RUJUKANMuin, S. 1993. Pesawat-pesawat Konversi Energi II (Turbin Uap). Jakarta: Rajawali Pers.Pudjanarsa dan Nursuhud. 2006. Mesin Konversi Energi. Yogyakarta: Penerbit Andi.

25