turbin dan governor

8/10/2019 Turbin Dan Governor

1/62

Turbin dan GovernorReza Arfian Pratama 2212106006Esty Wulandari 2212106078

Hertalina Anastassia 2212106084


2/62

TURBIN

Turbin berdasarkan jenis fluida dibedakan menjadi:

1. Turbin Air

2. Turbin Uap

3. Turbin Gas


3/62

Turbin berdasarkan tekanan dibedakan menjadi:

Turbin Impuls

turbin sederhana yang mempunyai satu rotor atau gabungan

yang mempunyai sudu impuls pada rotor itu.

Turbin reaksi

memiliki tahapan pada tiap sudu nya untuk mengatur

kecepatan turbin. Turbin ini bekerja akibat adanya gaya reaksi

yang disebabkan oleh nosel


4/62

TURBIN

Faktor-faktor yang mempengaruhi kelayakan pemakaian jenis

turbin tersebut antara lain:

Biaya investasi kesuluruhan untuk peralatan turbin, transmisi,

jenis pengaturan daya dan biaya pekerjaan sipil

Efisiensi yang dapat dicapai baik pada beban sebagian danbeban penuh

Ketersediaan turbin standar yang ada

Operasi dan pemeliharaan


5/62

Turbin Air

Turbin air adalah turbin yang dioperasikan pada penggerak

dengan menggunakan fluida berupa air, tanpa melalui proses

agregasi, misalnya pemanasan atau pendinginan. Faktor

penentu dari kontinuitas kerja dan kapasitas daya dari turbin

air adalah tersedianya air dalam jumlah yang memadai, danketinggian terjun dari air yang diukur dari permukaan air

(head) sampai ke permukaan ekor (tail).


6/62

Turbin Air

Untuk memperoleh efektifitas dan efisiensi kerja pembangkit

tenaga air yang memadai, maka pemilihan jenis atau tipe

turbin sesuai dengan kondisi potensi air perlu diperhatikan.

Keterkaitan antara tinggi terjun dengan kecepatan putar,

debit, dan daya output menghasilkan klasifikasi pemilihantertentu untuk tipe turbin air yang hendak diterapkan pada

suatu pembangkit tenaga air.


7/62

Jenis Turbin Air dan Penggunaannya

Turbin Pelton

Turbin pelton digunakan untuk tinggi terjun (head) yang tinggi

yaitu mencapai 1000 meter dengan daya output mencapai 30

MW, tetapi juga dapat untuk medium headdengan kapasitas

daya kecil. Turbin pelton yang sering digunakan adalah turbindengan poros horizontal. Pada turbin ini, runnertersusun dari

banyak bucketyang disemprot air melalui nozzle. Untuk

kapasitas daya kecil, turbin pelton biasanya hanya dilengkapi

dengan satu buah nozzlesaja, tetapi semakin besar

kapasitasnya, diperlukan semakin banyak nozzle. Turbin tipeini diletakkan sedekat mungkin dengan tail water, dan

runnernya tidak boleh tercelup atau terendam air serta tidak

diperlukan draft tube.


8/62

Turbin Pelton


9/62

Turbin Francis

Turbin francis paling banyak digunakan di Indonesia. Turbin

Francis ini disebut juga tipe radialatau turbin mixed flow.

Turbin ini digunakan untuk tinggi terjun sedang, yaitu

mencapai 300 meter dengan daya output mencapai 30MW.Tipe turbin ini dirancang dengan posisi poros horizontal,

sedangkan untuk daya yang lebih besar dengan head yang

lebih rendah biasanya di desain pada posisi poros vertical.

Teknik mengkonversikan energi potensial air menjadi energi

mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui proses reaksi.


10/62

Turbin Francis


11/62

TurbinAxialatau Propeller

Turbin axial digunakan untuk tinggi terjun yang rendah, yaitu

mencapai 35 meter dan daya output mencapai 10MW. Teknik

mengkonversi potensial air menjadi energi mekanik roda air

turbin dilakukan melalui pemanfaatan kecepatan air. Roda airturbin menyerupai baling-baling kipas angin. Poros turbin

pada posisi vertical, dikopel langsung dengan poros beban.

Menurut konstruksi bilah rotornya turbinpropellerdibedakan

menjadi 2, yaitu turbin dengan bilah rotor tetap dan turbin

Kaplan. Turbin Kaplan mempunyai bilah atau sudu yang dapatdigerakkan.


12/62

Turbin axial


13/62

Grafik Pemilihan Turbin Air


14/62

Kecepatan Spesifik Turbin Air

Kecepatan spesifik turbin air didefinisikan sebagai jumlah

putaran per menit [ppm] (rotation per menit [rpm]) dari

turbin untuk menghasilkan satu horse power. Dari percobaan

didapat:

Dimana: Ns=kecepatan spesifik [ppm atau rpm]

N= putaran per menit pada keadaan katupterbuka penuh [ppm atau rpm]

H= tinggi terjun [feet]

P= daya keluar rotor [HP]


15/62

Kecepatan Liar Turbin Air

Kecepatan liar adalah kecepatan turbin yang melebihi dari

kecepatan normal, hal ini disebabkan oleh penghentian beban

secara mendadak.

Ketepatan dalam menangani pengaturan liar turbin dapat

memperkecil kerusakan


16/62

Operasi dan Pemeliharaan Turbin

Air

Saluran air dari dam sampai pada tabung peredam, panjangnya

dapat mencapai beberapa kilometer. Apabila saluran ini tidak rata,

jalannya naik turun, maka dibagian-bagian cekungan yang rendah

harus ada katup untuk membuang endapan pasir atau lumpur yang

terjadi di cekungan rendah tersebut. Di sisi lain, yaitu di bagian-bagian lengkung yang tinggi juga harus ada katup, tetapi dalam hal

ini untuk membuang udara yang terperangkap dalam lengkungan

yang tinggi ini. Secara periodik, katup-katup tersebut harus dibuka

untuk membuang endapan yang terjadi maupun untuk membuang

udara yang terperangkap.


17/62

Masalah utama yang timbul pada operasi pada turbin adalah

timbulnya kavitasi. Kavitasi adalah peristiwa terjadinya letusan

kecil dari gelembung uap air yang sebelumnya terbentuk di

daerah aliran yang tekanannya lebih rendah daripada tekanan

uap air ditempat tersebut. Kemudian uap air ini akan menciutsecara cepat ketika uap air ini melewati daerah aliran yang

tekanannya lebih besar dari tekanan uap air tersebut. Karena

jumlahnya yang sangat banyak sekali (ribuan per detik) dan 1

letusan itu sangat cepat maka permukaan turbin yang dikenai

oleh letusan ini akan terangkat sehingga terjadi burik yangmeyebabkan bagian-bagian turbin air ini (setelah waktu

tertentu, kira-kira 40.000 jam) menjadi keropos( dan perlu

diganti.


18/62

Kavitasi terjadi dibagian-bagian turbin yang mengalami

perubahan tekanan air secara mendadak, misalnya pada

pipa buangan air turbin. Kavitasi menjadi besar apabila

beban turbin semakin kecil. Oleh karena itu, ada

pembatasan beban minimum turbin air (kira-kira 25%).

Efektifitas kecepatan putaran turbin juga di pengaruhi

peristiwa kavitasi ini , dimana besarnya faktor kavitasi

adalah:

Patm= tekanan atmosfer dari airPv= tekanan uap air

Hs= tinggi pipa isap


19/62

Turbin Uap

Turbin jenis ini beroperasi dengan fluida kerja berupa uap

yang berasal dari air yang dipanaskan. Proses pemanasan

berlangsung di dalam boiler atau steam generator, atau yang

juga popular disebut ketel uap.

Turbin pada PLTU besar diatas 150 MW, umumnya terdiri dari3 kelompok, yaitu turbin tekanan tinggi, turbin tekanan

menengah dan turbin tekanan rendah. Uap dari drum ketel

mula-mula dialirkan ke turbin tekanan tinggi dengan terlebih

dahulu melalui pemanas lanjut agar uapnya menjadi kering.

Setelah keluar dari turbin tekanan tinggi, uap air dialirkan kepemanas ulang untuk menerima energi panas dari gas buang

sehingga suhunya naik. Dari pemanas ulang, uap dialirkan ke

turbin tekanan menengah.


20/62

Keluar dari turbin tekanan menengah, uap akan langsung

dialirkan ke turbin tekanan rendah. Turbin tekanan rendah

biasanya merupakan turbin dengan aliran uap ganda dengan

arah aliran yang berlawanan untuk mengurangi gaya aksial

turbin. Uap air yang dimasukkan ke ruang turbin ini diisyaratkan

memenuhi spesifikasi sebagai berikut:

Airnya harus jernih, terbebas dari kandungan endapan bahan

tertentu dari kemungkinan terjadinya kerak dan endapan di

dalam pipa-pia saluran dan rumah turbin. Kerak dan endapan-

endapan yang terjadi dalam saluran mauun rumah turbin,

selain secara fisik akan berperan merusak, juga akan

menurunkan efisiensi kerja sistem.


21/62

Airnya harus (sebisa mungkin) murni, sedikit mungkin memilikibahan mineral yang dapat merusak struktur logam, seluruh bagiandari instalasi turbin terbuat dari logam. Kandungan kimia tertentudapat menimbulkan korosi yang akan mengikir logam-logamtersebut, baik saluran maupun turbinnya.

Uap yang masuk ruang turbin harus berupa uap kering, sebab jika

masih terdapat kandungan air (berupa uap basah), maka tingkatfiskositasnya akan lebih tinggi, yang dapat menurunkan efisiensikerja dari sistem.


22/62

Untuk mengatasi hal tersebut, sebelum air dimanfaatkan sebagaifluida kerja turbin, terlebih dahulu mendapat proses sedimen,penjernihan dan sebagainya, dan sebelum menjadi uap sebelummasuk ke ruang boilerharus mengalami proses pemanasanpendahuluan (pre-heating), lalu masuk ke ruang super-heater.Secara teknis tujuan utama langkah-langkah tersebut adalah

meningkatkankualitas uap, memperpanjang umur teknis peralatandan meningkatkan efisiensi kerja sistem. Siklus kerja turbin uapdibagi menjadi:


23/62

Siklus terbuka (open loop type)

Uap air dari ruang turbin dialirkan keluar dan tidak perfungsi lagi

dalam siklus kerja. Dan untuk menggerakkan turbin diperlukan

supkai air baru yang dipanaskan oleh boiler. Oleh karena itu siklus

ini memilki efisiensi yang rendah.

Siklus tertutup (close loop type)

Uap air disirkulasikan kembali untuk melakukan kerja ulang

secara terus-menerus,. Tipe ini tidak memerlukan suplai air baru

dari luar.


24/62

Operasi dan Pemeliharaan

Pada saat penoperasian turbin perlu diperhatikan masalah pemuaianbagian-bagian turbin. Sebelum, suhu turbin adalah sama dengan suhuruangan yaitu sekitar 30C. pada waktu start, dialirkan uap dengan suhusekitar 500C. hal ini harus dilakukan secara bertahap agar jangansampai terjadi pemuaian yang berlebihan dan tidak merata. Pemuaianyang berlebihan dapat menimbulkan tegangan mekanis yangberlebihan, sedangkan pemuaian yang tidak merata dapatmenyebabkan bagian yang bergerak bergesekan dengan bagian yangdiam, misalnya antara sudu-sudu jalan turbin dengan sudu-sudu tetapyang menempel pada rumah turbin.


25/62

Apabila turbin sedang berbeban penuh kemudian terjadi gangguan yang menyebabkan pemutustenaga (PMT) generator yang digerakkan sebuah turbin trip, maka turbin kehilangan beban secaramendadak. Hal ini menyebabkan putran turbin akan naik secara mendadak dan apabila hal initidak dihentikan, maka akan merusak bagian-bagian yang berputar pada turbin maupun padageberator. Untuk mencegah hal ini, aliran uap ke turbin harus dihentikan, yaitu dengan caramenutup katup uap turbin. Pemberhentian aliran uap dengan menutup katup uap turbin secaramendadak menyebabkan uap berkumpul dalam drum ketel sehingga tekanan dalam drum ketelnaik dengan cepat dan akhirnya menyebabkan katup pengaman pada drum membuka dan uapdibuang ke udara. Bisa juga sebagian dari uap di by passke kondensor. Dengan cara by passini

tidak terlalu banyak uap yang hilang sehingga jika sewaktu-waktu turbin akan dioperaikan kembalibanyak waktu yang dapat dihemat untuk start. Tetapi sistem by passmemerlukan biaya investasitambahan karena kondensor harus tahan dengan suhu tingi dan tekanan tinggi hasil dari by pass.


26/62

Dari uraian di atas tampak bahwa perubahan beban secara mendadakmemerlukan pula langkah pengurangan produksi uap secara mendadak agartidak terlalu banyak uap yang harus dibuang ke udara. Langkah penguranganproduksi ini dilakukan dengan cara mematikan nyala api dalam ruang bakar keteldan mengurangi pengisian air ketel.

Oleh karena itu dilakukan pemeliharaan secara periodi. Pada turbin fokus utamapemeliharaan ada apa pada bagian yang bergesek (bantalan). Dibandingkan

dengan ketel uap, turbin uap tidak banyak memerlukan pemeliharaan asal sajakualitas uap terjaga dengan baik. Oleh karena itu, pemeriksaan turbin uap dapatdilakukan dalam setiap 20.000 jam operasi.


27/62

Turbin Gas

Kontsruksi dasar dari turbin gas yang sederhana adalah terdiri atas komponen-kompenen utama berupa kompresor, ruang pembakaran dan turbin. Turbin iniberfungsi menerima ekspansi gas panas bertekanan tinggi dari ruangpembakaran untuk melakukan kerja sehingga poros turbin berputar. Sekaligusjuga memutar poros kompresor. Dengan demikian fungsi dari turbin gas adalahganda, yaitu memutar poros kompresor agar melakukan kerja kompresi, danmemutar poros beban sebagai daya keluaran.

Siklus kerja turbin gas adalah merupakan siklus tekanan konstan, sebab prosespembakaran berlangsung pada tekanan konstan.


28/62

Karena pembakaran yang terjadi pada turbin gas yang menggunakan gashasil pembakaran dengan suhu sekitar 1.300C member risiko korosipada suhu tinggi, yaitu bereaksinya logam kalium, vanadium dannatrium yang terkandung dalam bahan bakar dengan bagian-bagianturbin seperti sudu dan slauran gas panas. Oleh karena itu bahan bakaryang digunakan tidak boleh mengandung logam=logam tersebut diatasmelebihi batas tertentu. Kebanyakan pabrik pembuat turbin gasmensyaratkan bahan bakar dengan kandungan logam kalim, vanadium,dan natrium tidak boleh melampaui 1 part per mill (ppm).


29/62

Pemeliharaan turbin gas dilakukan secara periodic yaitu sekitar 4.000-5.000 jamoperasi. Jika pada pengoperasiannya sering terjadi start-stop maka selang waktupemeliharaannya semakin pendek. Meskipun belum mencapai 4.000jam operasitetapi start-stop turbin sudah mencapai 300 kali maka harus dilakukanpengecekan dan pemeliharaan pada sudu-sudu turbin. Karena start-stopmengakibatkan proses pemuaian dan pengerutan yang tidak kecil, sehinggadapat membuat sudu turbin kerpos. Untuk mengatasinya, sudubturbi perlu ntuk

dilas atau diganti. Dari segi lingkungan, yang perlu diperhatikan adalah masalah kebisingan, jangan

sampai melampaui ketentuan yang dibolehkan.


30/62

Proteksi Turbin

Gangguan yang mungkin terjadi pada turbin Overspeed

Motoring

Oil failure

Thrust bearing failure

Vaccum failure Boiler priming

Exceccive vibration

Excessive temperature differentials

Excessive eccentricity

Trip gear

Unloading gear


31/62

Proteksi

Emergency stop valve operating gear

valve ini akan membuka dan menutup

berdasarkan kerja high pressure relay

oil


32/62

Tripping device

Overspeed trip

Emergency hand trip

Remote trip gear

Oil failure trip

Thrust bearing wear trip

Low vacuum trip

Low pressure trip


33/62

Overspeed trip

Jika turbin berputar padakecepatan lebih maka akanmembuat semua komponenyang berputar mengalamipeningkatan tekanan.Overspeed trip memberikan

sinyal kepada pegas untukbergerak ke drain


34/62

Emergency hand trip

Alat ini biasanya berbentuk tuas yang mengoperasikan trip

valve pada overspeed trip gear dengan menutup semua valve

dengan mengeluarkan minyak bertekanan tinggi.


35/62

Remote trip gear

Digunakan pada control room (jarak jauh) untuk memutuskan

kerja mesin emergency hand trip. Emergency hand trip

digerakkan oleh selenoid atau torsi motor. Jika control room

dalam keadaan tertutup, aktuator dapat tetap bekerja karena

terhubung dengan baterai.


36/62

Oil Failure Trips

Hilangnya minyak pelumas pada bearing akan cepat

menyebabkan kerusakan pada poros. Hal ini disebabkan oleh:

Level minyak rendah

Tekanan minyak rendah

Kecepatan rendah


37/62


38/62

Governor

Daya aktif mempunyai hubungan erat dengan nilai frekuensi, dan daya aktif beban berubahsepanjang waktu.

Alat yang digunakan untuk mengatur kecepatan dan frekuensi yang dihasilkan dari sebuahmesin (turbin, mesin diesel) dengan mengatur kecepatan penggerak mulanya.

Pengatur kecepatan ini dilakukan dengan mengatur konsumsi bahan bakaryang masuk kedalam mesin sehingga saat terjadi perubahan jumlah beban yang mengakibatkanberubahnya kecepatan dan frekuensi turbin, akan langsung kembali ke normal.

Pengaturan ini dilakukan dengan menambahbahan bakar saat kecepatan turundan

mengurangibahan bakar saat kecepatan naik. Pengoperasian pertama governor dilakukan pada sebuah mesin uap untuk mengatur jumlah

aliran uap yang masuk ke turbin.


39/62


40/62

Pengaturan Frekuensi

Frekuensi akan turun jika daya aktif yang terbangkitkan tidak

mencukupi kebutuhan beban, dan akan naik saat daya aktif

melebihi kebutuhan sistem.

Secara mekanis :

(Tg-Tb) = T < 0, frekuensi turun (Tg-Tb) = T > 0, frekuensi naik


41/62


42/62

Prinsip kerja :

Pengendalian kecepatan / beban

Pengendalian kecepatan lebih

Pembukaan darurat kerana kecepatan putar lebih


43/62


44/62


45/62

Bagian - bagian


46/62

Rack / sleve : komponen untuk menentukan konsumsi bahan bakar yang akan diinjeksikan kedalam silinder, sesuai dengan gerakan. Perbedaan antara rack dan sleeve yaitu rack bergerak kekiri dan ke kanan, sedangkan sleeve bergerak naik turun untuk menentukan posisi plunger.

Check valve / delevery valve: katup yang memberikan tekanan tinggi bahan bakar ke injectormelalui pipa tekanan tingi, dan mencegah aliran balik bahan bakar dari pipa tekanan tinggu kebarrel.

Drive gear / magnetik pick up : untuk mendeteksi kecepatan putaran engine

Flyweight: untuk mengubah gaya sentrifugal menjadi gaya translasi

Governor spring : untuk mengimbangi gaya translasi flyweight hingga posisi seimbang yang sesuaidengan putaran engine.

Lever: untuk mengatur putaran / power engine dan dihubungkan dengan pedal throtlle secaramekanis.

Output linkage : dihubungkan denga rack/sleeve secara mekanis.


47/62

Cara Kerja

Konsumsibahan bakar ditentukan oleh posisi rack atau sleeve dandiijeksikan ke dalam silinder, keseimbangan gaya antara governorspring dan flyweight diatur dengan ketentuan yaitu :

Gaya spring> gaya flyweight, rack/sleeve akan menambah bahanbakar, putaran naik.

Gaya spring= gaya flyweight, rack/sleeve akan dalam posisi tetap,putaran tetap.

Gaya spring


48/62


49/62

Kerja Governor

hidup tanpa beban

dibebani

dilepas


50/62

Berdasarkan Fungsi

Speed Governor

Mechanical bekerja secara mekanik tergantung dari putaran

mesin

Hydraulicbekerja secara hidrolis, menggunakan tekanan

minyak atau bahan bakar

Electricallebih mudah dan akurasi lebih tinggi

Pressure Governor

Emergency Governor


51/62

Governor mekanik


52/62

Berdasarkan Area Kerja

Nozzle governor

Membuka valve

Beban kecil

Cocok untuk turbinimpuls

Throttle governor

Pengontrolan valve

Beban besar

B d k


53/62

Berdasarkan cara

pengontrolan Constant speed type governor : hanya ada satu kecepatanyang

dikontrol governor.

Variable speed type governor : kecepatanengine dapat dikendalikanbeberapa tingkat secara manualmelalui penggaturan.

Speed limiting type governor : pengontrolan kecepatanengine tetap

di atas minimum atau di bawah batas maksimum. Load limiting type governor : pengontrolan governor untuk

membatasi beban.


54/62

Isochronous


55/62

Isochronouskecepatan konstan. Isochronous governor mengatur valve turbin untuk mengembalikan

frekuensi ke nilai nominalnya.

Isochronous generator tidak bisa digunakan ketika ada lebih dari 2 unitterkoneksi pada satu sistem karena masing-masing generator harusmempunyai setting kecepatan yang sama.

Jika terjadi kenaikan beban listrik, maka frekuensi keluaran generatorakan turun.

Isochronous bekerja berdasarkan kebutuhan daya listrik pada sistem.

.


56/62


57/62

Speed Droop


58/62

Jika terjadi kenaikan/penurunan frekuensi pada sistem, maka

generator yang memiliki governor tipe Speed-droopakan

mengurangi/menambah bukaan valve sesuai dengan daya

maksimum generator dan setting governornya.

Setting governor untuk keperluan ini disebut dengan speed-droopatau regulation characteristic.


59/62


60/62


61/62

Over speed Trip Governor

Governormenghentikan masuknya bahan bakar ke dalam ruangbakar saat mesin mencapai putaran maksimum dan mesin akanberhenti.

Overspeed Trip

Tipe reset manualsaat overspeed, bahan bakar diblokir, putaran

turun, mesin berhenti, reset manual oleh operator. Tipe reset automaticsaat overspeed, bahan bakar diblokir,

putaran turun, kecepatan tertentu, reset otomatis, bahan bakarmasuk kembali.


62/62

turbin dan governor

Documents