TURBIN atau EKSPANDER

Oleh :

Nama: ATIKAH RISYADNIM: 110405048MK: Pengenalan Teknik Kimia

Departemen Teknik KimiaFakultas TeknikUniversitas Sumatera Utara2011

I. Pengertian Turbin/ekspanderTurbin atau ekspander adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari aliran fluida. Dimana fluida itu sendiri adalah suatu bagian dari fase benda, termasuk cairan, gas, plasma, dan padat plastik yang dapat mengalir. Contoh paling sederhananya kita bisa menyebutkan air dan angin sebagai fluida disini. Turbin sederhana memiliki satu bagian yang bergerak seperti baling-baling yang kita sebut dengan "assembly rotor-blade" atau mudahnya kita singkat rotor. Rotor ini dapat berputar dengan bantuan fluida tadi. Contoh turbin yang paling gampang adalah kincir angin, kincir air atau roda air.Turbin atau expander adalah high rotating device ( alat yang berputar dengan kecepatan tinggi ) yang digunakan untuk menghasilkan energi atau dapat juga sebagai penggerak ( drive ) kompressor maupun pompa.

II. Macam-macam Turbin/ekspander1. Turbin AirAdalah sebuahmesinberputar yang mengambil energi kinetik dari arus air. Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk tenaga industri untuk jaringan listrik. Sekarang lebih umum dipakai untuk generator listrik. Turbin air adalah turbin yang merubah tenaga potensial air menjadi tenaga mekanis. Macam turbin air ada dua yaitu turbin reaksi dan turbin impuls.

2. Turbin GasTurbin gas adalah turbin dengan gas sebagai fluida kerjanya, menghasilkan energi potensial untuk memutar poros turbin tersebut.Gas diperoleh dari pembakaran bahan bakar cair yang mudah terbakar.Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen utama yaitu,kompresor,ruang bakar dan turbin,yang disusun menjadi sistem yang kompak. Kompresor naik ke-atas dipasangkan dengan turbin turun ke-bawah, dan sebuah bilik pembakaran di-tengahnya.Dewasa ini,turbin gas dipakai pada pesawat antariksa guna penelitian di ruang angkasa untuk kesejahteraan umat manusia di dunia.Sistem turbin gas dipakai dalam berbagai tenaga,antara lain: PLTG,menggerakkan pesawat udara,kapal-kapal besar,bus,truk,auto mobil,dll.Proses pokok yang bekerja dalam turbin gas untuk menghasilkan energi adalah:proses penekanan udara,pembakaran udara dan bahan bakar,pengembangan atau ekspansi gas hasil pembakaran.

3. Turbin UapTurbin Uap (steam turbine) adalah 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, langsung atau dengan bantuan roda gigi reduksi, dihubungkan dengan mekanisme yang digerakkan. Tergantung pada mekanisme yang digerakkan, Turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang industri, untuk pembangkit tenaga listrik, dan untuk transportasi.Turbin uap dapat diklasifikasikan ke dalam kategori yang berbeda-beda,tergantung dari konstruksi,panas jatuh yang dihasilkan,keadaan mula-mula dan akhir dari uap,penggunaan dalam industri serta jumlah tingkat yang ada padanya.III. Penggunaan Turbin/ekspanderPenggunaan paling umum dari turbin adalah pemroduksian tenaga listrik. Hampir seluruh tenaga listrik diproduksi menggunakan turbin dari jenis tertentu.Turbin kadangkala merupakan bagian dari mesin yang lebih besar. Sebuah turbin gas, sebagai contoh, dapat menunjuk ke mesin pembakaran dalam yang berisi sebuah turbin, kompresor, "kombustor", dan alternator.Turbin dapat memiliki kepadatan tenaga ("power density") yang luar biasa (berbanding dengan volume dan beratnya). Ini karena kemampuan mereka beroperasi pada kecepatan sangat tinggi. Mesin utama dari Space Shuttle menggunakan turbopumps (mesin yang terdiri dari sebuah pompa yang didorong oleh sebuah mesin turbin) untuk memberikan propellant (oksigen cair dan hidrogen cair) ke ruang pembakaran mesin. Turbopump hidrogen cair ini sedikit lebih besar dari mesin mobil dan memproduksi 70.000 hp (52,2 MW).Turbin juga merupakan komponen utama mesin jet.

IV. Prinsip Kerja Turbin/ekspanderDi dalam turbin gas, gas bertekanan tinggi memutar turbin. Pada mesin turbin gas modern sekarang ini ,mesin itu bisa memproduksi gas bertekanan sendiri dengan membakar bahan sepertipropana,natural gas, keroseneatau bahan bakar jet. Panas yang dihasilkan dari pembakaran tersebuat akan mengembangkan udara sehingga udara panas dengan kecepatan sangata tinggi ini mampu memutarkan turbin. Proses Singkat Pada Turbin GasTurbin gas secara teori tidak begitu rumit untuk menjelaskannya. Terdapat 3 komponen atau bagian utama yaitu :1.Compressormenaikkan tekanan udara yang masuk2.Combustion AreaMembakar bahan bakar yang masuk dan menghasilkan tekanan yang sangat tinggi begitu pula dengan kecepatannya.3.TurbinMengkonversi energi dari gas dengan tekanan dan kecepatan yang tinggi hasil dari combustion area menjadi energi mekanik berupa rotasi poros turbin.

Pada Mesin Turbin seperti diatas, udara dengan tekanan normal masuk dihisap olehcompressoryang biasanya berbentuk silinder kerucut dengan beberapafan bladeyang terpasang berbaris ( 8 baris atau lebih ). Udara tersebut kemudian mengalami kompresi bertingkat, di beberapa mesin turbin kenaikan tekanan bisa mencapai faktor 30.Ada 2 macam kompressor yang digunakan yaituaxial flowdanradial flow.

RADIAL FLOW COMPRESSOR

AXIAL FLOW COMPRESSORRADIAL FLOWAXIAL FLOW

KEUNTUNGANEfisienRasio kompresi tinggi ( 20:1 )Simple dan tidak mahalRelatif ringan bobotnya.

KELEMAHANDesain kompleksMahalKurang efisienFrontal Area yang besarRasio Kompresi terbatas ( 4:1 )

Udara bertekanan yang dihasilkan oleh kompressor tadi lalu masuk ke bagianCombustian Areadimanasebuah ring bahan bakar menginjeksikan bahan bakar dengan aliran konstan. Bahan bakar yang biasa digunakan disini adalah karosene, jet fuel, propana dan gas alam.Jika Anda berpikir sangat mudah untuk memadamkan api dari lilin dengan meniupnya, maka hal itulah yang menjadi masalah dalam desain di area pembakaran ini. Udara yang memasuki area ini adalah udara bertekanan tinggi dan mempunyai kecepatan hampir pada 100 mil per jam, sedangkan kita tetap ingin mempertahankan nyala api secara kontinyu di area tersebut. Komponen yang menjadi solusi permasalahan tersebut adalah sebuahflame holderataucan.Can ini berupa komponen pelindung api yang terbuat dari baja berat yang bentuknya berlubang-lubang.Setengah bagian dari can dapat dilihat pada gambar pandangan cross section di atas, dimanaInjector di sebelah kanan. Udara bertekanan tinggi masuk melalui lubang-lubang can. Gas keluar di sebelah kiri dan memasuki turbin. Turbin ini merupakan satu set / satu unit dengan kompresor dan poros.Di bagian paling kiri sendiri pada gambar di atas adalah yang disebutfinal turbine stage.Turbin ini memutarkan poros keluaran / output. Kedua bagian terakhir ini tidak terkoneksi dengan apapun, jadi unit bebas, tidak terkait dengan komponen turbin lainnya. Sedangkan pada kasus penggunaan turbin pada kendaraan tempur tank atau sebuah pembangkit listrik, gas buang tidak berguna sehingga akan dibuang melaui sebuah saluran pipa buang. Namun terkadang energi panas gas buang bisa berguna untuk alat penukar kalor atau untuk preheating sebelum udara masuk kompresor.Turbin airdigunakan PLTA dengan menggunakan prinsip yang hampir sama dengan turbin uap untuk membangkitkan listrik. Turbin air secara desain atau bentuk berbeda dengan apa yang terlihat pada turbin uap, dikarenakan fluida kerja yang berupa air ini memiliki densitas yang lebih besar ( bergerak lebih lambat ) dibandingkan uap, namun secara prinsip kerja adalah sama.Sedangkanturbin anginmenggunakan angin sebagai tenaga penggeraknya. Nah, kalo turbin yang satu ini sama sekali berbeda dengan kedua turbin di atas karena angin yang digunakan angin alam yang bergerak sangat lambat, ringan , namun sekali lagi turbin angin juga menggunakan prinsip yang sama.Sedangkan steam turbine,hampir kebanyakan pembangkit ataupower plantmenggunakan batubara, gas alam, minyak atau reaktor nuklir untuk memproduksi uap /steam.Uap tersebut akan dialirkan melalui turbin bertingkat dengan ukuran yang sangat besar dan dengan desain yang rumit, untuk memutar poros output turbin dimana poros inilah yang biasa digunakan untuk memutar generator pembangkit.