1

TURBINE UAP &

MESIN UAP TORAK

2

3

• 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 menggunakan turbin uap. Turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang seperti pada bidang industri, untuk pembangkit tenaga listrik dan untuk transportasi (Kapal).

4

Pada dasarnya turbin uap terdiri dari dua bagian utama, yaitu Stator dan rotor ditambah

komponen lain yang menjadi pendukungnya seperti bantalan, kopling dan sistem bantu

lainnya. 

a.  Stator• Stator turbin terdiri dari dua bagian, yaitu casing dan sudu diam (fixed   blade).

Casing• Casing atau shell adalah suatu wadah berbentuk menyerupai sebuah tabung dimana

rotor ditempatkan. Casing juga berfungsi sebagai sungkup pembatas yang memungkinkan uap mengalir melewati sudu-sudu turbin. Pada ujung casing terdapat ruang besar mengelilingi poros turbin disebut exhaust hood, dan diluar casing dipasang bantalan yang berfungsi untuk menyangga rotor.

• Pada casing terdapat sudu-sudu diam yang dipasang melingkar dan berjajar terdiri dari beberapa baris yang merupakan pasangan dari sudu gerak pada rotor.  

5

6

Sudu Tetap (fixed blade)• Sudu merupakan bagian dari turbin dimana konversi energi terjadi. Sudu terdiri dari

bagian akar sudu, badan sudu dan ujung sudu. Sudu kemudian dirangkai sehingga membentuk satu lingkaran penuh.

• Sudu-sudu tetap dipasang melingkar pada dudukan berbentuk piringan yang disebut diapragma. Pemasangan sudu-sudu tetap ini pada diapragma menggunakan akar berbentuk T sehingga memberi posisi yang kokoh pada sudu.

7

b.  Rotor• Rotor adalah bagian yang berutar terdiri dari poros dan sudu-sudu gerak yang

terpasang mengelilingi rotor. Jumlah baris sudu gerak pada rotor sama dengan jumlah baris sudu diam pada casing. Pasangan antara sudu diam dan sudu gerak disebut tingkat (stage). Sudu gerak berfungsi untuk merubah energi kinetik uap menjadi energi mekanik.

Poros• Poros dapat berupa silinder panjang yang solid ( pejal ) atau berongga ( hollow ).

Pada umumnya poros turbin sekarang terdiri dari silinder panjang yang solid. Pada kebanyakan turbin, didekat ujung poros sisi tekanan tinggi dibuat collar untuk keperluan bantalan aksial ( thrust bearing ).

• Sepanjang poros dibuat alur-alur melingkar yang biasa disebut akar ( root ) untuk tempat dudukan, sudu-sudu gerak ( moving blade ).

8

Sudu Gerak ( Moving Blades )• Adalah sudu-sudu yang dipasang di sekeliling rotor membentuk suatu piringan.

Dalam suatu rotor turbin terdiri dari beberapa baris piringan dengan diameter yang berbeda-beda, banyaknya baris sudu gerak biasanya disebut banyaknya tingkat.

9

c.  Bantalan  ( Bearing )• Bantalan berfungsi sebagai penyangga rotor sehingga membuat rotor dapat

stabil/lurus pada posisinya didalam casing dan rotor dapat berputar dengan aman dan bebas. Adanya bantalan yang menyangga turbin selain bermanfaat untuk menjaga rotor turbin tetap pada posisinya juga menimbulkan kerugian mekanik karena gesekan.Sebagai bagian yang berputar, rotor memiliki kecenderungan untuk bergerak baik dalam arah radial maupun dalam arah aksial.Karena itu rotor harus ditumpu secara baik agar tidak terjadi pergeseran radial maupun aksial yang berlebihan. Komponen yang dipakai untuk keperluan ini disebut bantalan (bearing).Turbin uap umumnya dilengkapi oleh bantalan jurnal (journal bearing) dan bantalan aksial (Thrust bearing) untuk menyangga rotor maupun untuk membatasi pergeseran rotor.

10

Sistem turbin uap merupakan salah satu jenis mesin panas yang mengkonversi sebagian panas yang diterimanya menjadi kerja. Sebagian panas lainnya dibuang ke lingkungan dengan temperatur yang lebih rendah.

11

Proses termodinamika dari siklus Rankine di atas adalah sebagai berikut :1-2 Proses kompresi adiabatis berlangsung pada pompa2-3 Proses pemasukan panas pada tekanan konstan terjadi boiler3-4 Proses ekspansi adiabatis berlangsung pada turbin uap4-1 Prose pengeluaran panas pada tekanan konstan pada kondensor.

12

Fluida kerja (air-uap air) menjalani proses-proses: a. penyerapan panas pada tekanan tetap di boiler b. ekspansi adiabatik untuk menghasilkan kerja c. pembuangan panas pada tekanan tetap di condensor d. pemompaan untuk menaikkan tekanan

13

Peningkatan efisiensi sistem turbin uappeningkatan tekanan uap masuk turbin peningkatan temperatur uap masuk turbin (superheating)

penurunan tekanan keluar turbin (penurunan temperatur kondensasi; dengan resiko kenaikan fraksi cairan dalam uap keluar turbin)pemanasan air umpan boiler (regenerative process) dll

14

Pemanasan Awal Air Umpan Boiler

15

Ekspansi dalam Turbin

Di dalam turbin, konversi energi termal uap menjadi energi mekanik

melalui beberapa tahap,

misalnya:

• Steam lewatkan nosel, sehingga terjadi penurunan tekanan dan kenaikan kecepatan

• Momentum steam keluar nosel digunakan untuk menggerakkan sudu-turbin.

16

Kelompok atas dasar tahapan ekspansi a. turbin impuls: steam hanya mengalami ekspansi ketika lewat nosel dan tidak pada

sudu-gerak.

nose

l

sudu

-ger

ak

sudu

-ger

ak

sudu

-ger

ak

sudu

-dia

m

sudu

-dia

m

v

v

P

P

17

b. turbin reaksi: steam diekspansikan bertahap ketika lewat nosel dan sudu-gerak

nose

l

sudu

-ger

ak

sudu

-ger

ak

sudu

-ger

ak

sudu

-dia

m

sudu

-dia

m

vv

P

P

18

19

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).

20

Atau bisa dafahami secara sederhana prinsip 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.

21

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. Kecepatan uap yang mengalir pada turbin yaitu sekitar 100 – 200 m/detik.

22

Kelompok atas dasar kondisi steam ketika keluar turbin

a. back pressure turbine• steam keluar masih bertekanan relatif tinggi

23

b. condensing turbine• steam keluar steam telah terkondensasi• jenis ini banyak digunakan di pembangkit listrik

24

c. extraction/induction turbine• gabungan back-pressure dan condensing turbine dalam satu rumah

casing• banyak digunakan dalam cogeneration

25

26

Mesin Uap TorakMesin uap torak : mengkonversi energi thermis dari uap air yang di didihkan di sebuah boiler atau alat pendidih air menjadi energi gerak oleh piston yang ada di dalam silinder. Dari energi gerak tersebut selanjutnya di rubah kembali ke energi putar oleh crankshaft yang terhubung langsung dengan piston.

27

Cara kerja

28

29

Keuntungan Turbin Uap

Keuntungan turbin uap jika dibandingkan dengan mesin uap

Ada beberapa keuntungan turbin uap jika dibandingkan dengan mesin uap, yaitu sebagai berikut.

1.) Peralatan pada turbin tidak banyak ragamnya/lebih sederhana

2.) Gerak yang dihasilkan lebih tenang karena hanya gerak putar saja.

3.) Gerakan putarnya secara langsung tanpa perantara

4.) Torsi yang dihasilkan pada porsi lebih besar.

5.) Tidak ada kerugian gesek pada rotasinya.

6.) Dibandingkan denga mesain uap yang horizontal, maka turbin uap tidak memerlukan pondasi yang begitu besar.

7.) Dari ukuran turbin uap sama dengan mesin uap, maka turbin uap memperoleh daya yang lebih besar.

8.) Akibat banyak timbul gerak putar saja, maka getaran yang ditimbulkan lebih kecil dari pada mesin uap.

30

Kerugian turbin uap jika dibandingkan dengan mesin uap

1.) Untuk mengekspansikan uap dibutuhkan peralatan yang khusus yaitu pipa pemancar

2.) Pipa pemancar memerlukan perencanaan yang sangat teliti

3.) Karena uap yang di pake untuk mendorong sudu jalan, pada hal sudu jalan hanya merupakan kepingan yang terbuka, sehingga diperlukan rumah turbin yang sangat rapat dan kuat, sehingga tidak timbul kebocoran uap sedangkan pada mesin uap hal tersebut di atas tidak memerlukan perhatian yang sangat penting

31

32

33

• Deaerator pada instalasi Turbin Uap berfungsi untuk memisahkan gas yang terperangkap pada air pengisi boiler, Gas tersebut bila tidak di buang akan mengakibatkan korosi dan merusak komponen boiler.

• Bak air pada instalasi Mesin Uap Torak berfungsi untuk memisahkan minyak pelumas yang terkandung pada air pengisi bolier.