qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwerty uiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasd fghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzx REVIEW KOMPONEN SIKLUS RANKINE: cvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq TURBIN UAP Disusun 2409 wertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyui Wahyu Devi HW oleh: 100 067 Kelompok 9 opasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfg Wahyu Devi HW 2409100067 Rizki Amalia FK 2409100095 hjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxc vbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq wertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyui opasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfg hjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxc vbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq wertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyui opasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfg hjklzxcvbnmrtyuiopasdfghjklzxcvbn mqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwert yuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopas

REVIEW KOMPONEN SIKLUS RANKINE : TURBIN UAP Siklus Rankine adalah siklus thermodinamika yang digunakan untuk mengubah tekanan yang berasal dari uap fluida kerja (biasanya menggunakan air) menjadi energi listrik dengan cara uap menembakkannya bertekanan tinggi ke turbin yang selanjutnya akan digunakan untuk memutar generator. Secara sederhana komponen utama dari siklus rankine adalah turbine, condenser, pompa, dan boiler. Proses dalam siklus rankine ditunjukkan oleh gambar 1 berikut ini.

Gambar 1. Siklus Rankine (kiri);Siklus Rankine pada sistem pembangkitan listrik (kanan) Yang akan dibahas dalam review ini adalah turbin 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. Pada kondensor uap berubah kembali menjadi air dengan tekanan dan temperatur yang telah menurun. Selanjutnya air tersebut dialirkan kembali ke ketel uap dengan bantuan pompa. Dari penjelasan diatas dapat disimpulkan bahwa turbin uap adalah mesin pembangkit yang bekerja dengan sistem siklus tertutup. 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. 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.

Keterangan : 1. Kopling, 2. Bantalan luncur, 3. Poros turbin, 4. Tutup (casing) atas, 5. Piringan dan sudu jalan, 6. Piringan dan sudu arah, 7. Rumah (casing) turbin bawah, 8. Labirint, 9. Bantalan radial dan aksial, 10. Penumpu (pedestal) bantalan depan, 11. Penumpu (pedestal) bantalan belakang, 12. Sistem kontrol hidrolik, 13. Katup pengontrol.

Gambar 2. Komponen Turbin uap I. Jenis-jenis turbin uap Ada beberapa jenis turbine uap berdasarkan : A. Tekanan Uap yang digunakan untuk menggerakkan roda jalan turbin melalui sudu, maka Turbin Uap dibagi menjadi : 1. Turbin Impuls, disebut juga turbin aksi atau turbin tekanan tetap, dimana uap mengalami ekspansi hanya pada nosel saja, sehingga tekanan uap sebelum dan sesudah sudu adalah tetap. 2. Turbine Reaksi atau turbin tekanan berubah, dimana uap mengalami ekspansi baik di dalam nozel maupun melalui sudu-sudu turbin, sehingga tekanan uap sesudah keluar dari tiap tingkat sudu lebih rendah dari sebelumnya. B. Berdasarkan arah aliran uap di dalam turbin maka turbin uap dapat dibedakan menjadi: 1. Turbin Aksial, yaitu turbin yang arah uap di dalamnya dapat diuraikan menjadi komponen aksial dan tangensial Contoh: Turbin Parsons, Turbin Curtis 2. Turbin Radial, yaitu turbin yang arah aliran uap di dalamnya dapat diuraikan menjadi komponen radial dan tangensial Contoh : Turbin Ljungstrom C. Suplai uap dan kondisi buangan 1. Condensing Turbine Tipe turbine yang paling banyak digunakan pembangkitan listrik adalah jenis condensing turbine. Pembangkit listrik ini membuang keluaran turbin secara langsung ke kondenser.

Gambar 3. Condensing Turbine (kiri); Non-condensing Turbine (kanan) 2. Non-Condensing (Back-pressure) Turbine Buangan dari Non-condensing turbine (juga disebut dengan back-pressure turbine) dialirkan ke proses industri lain pada kondisi yang sesuai dengan kebutuhan proses pemanasan karena keluaran dari turbine masih mempunyai tekanan di atas 1 atmosfer.

II. Model Matematis Dalam pembangkitan listrik jenis turbin yang paling sering digunakan adalah turbin condensing. Gambar di bawah ini adalah diagram turbin jenis condensing dan Diagram Mollier-nya.

Gambar 4. Bagan turbine condensing (kiri); diagram T-s Diasumsikan bahwa : Turbin merupakan kontrol volume State pada bagian input turbin dan tekanan pada bagian output turbin adalah tetap Interaksi panas dengan lingkungan (Qcv) diabaikan Efek Energi kinetik (Ek) dan Energi potensial (Ep) diabaikan =

1. 2. 3. 4.

+ 2 2

0 = +

+

+

2 2

+

=

Jika diasumsikan bahwa = akibat tidak ada steam yang bocor ke lingkungan atau berubah fasa sebelum memasuki kondenser, maka : = ( ) = (1 2 ) Sehingga, kerja turbin ideal : = (1 2 ) Keadaan 2s adalah titik ekspansi aktual, dimana enthalphy 2 > 2 . Sehingga efisiensi pada titik 1-2s akan lebih rendah daripada 1-2. Kerja turbin aktual : = (1 2 ) Efisiensi dapat dihitung dengan cara :

=

=

(1 2 ) (1 2 )

III. Sizing A. Karakteristik Desain Dalam melakukan pemilihan turbine uap harus memperhatikan karakteristik desain di bawah ini : Desain khusus: Turbine uap dapat didesain sesuai dengan tekanan dan suhu yang dibutuhkan desain CHP. Turbin uap dapat didesain untuk memaksimalkan efisiensi listrik bersamaan dengan menyediakan keluaran panas yang sesuai. Output Thermal: Turbin uap dapat beroperasi pada hampir semua tekanan uap. Penggunaan turbin uap dengan keluaran 3500 psig dan buangan kondisi vacuum serendah 1 inchHg (absolute). Turbin uap dapat didesain secara khusus untuk menghasilkan kebutuhan panas dari aplikasi CHP melalui turbin back-pressure pada tekanan dan suhu yang sesuai. Fleksibilitas bahan bakar : Turbin uap menawarkan range fleksibilitas bahan bakar yang lebar dengan menggunakan sumber bahan bakar yang bermacam-macam dalam proses pembakaran di boiler atau sumber panas lainnya termasuk batubara, minyak gas alam, kayu, dan bahan sisa. Keandalan dan waktu hidup: waktu hidup turbin uap cukup lama. Ada beberapa turbin uap yang memiliki masa hidup lebih dari 50 tahun. Jarak antara reparasi menyeluruh diukur dalam satuan tahun. Ketika dioperasikan dan dirawat dengan baik (termasuk proses pengotrolan yang baik pada susunan kimia air di boiler) turbin uap akan sangat dapat diandalkan. Turbin uap membutuhkan kontrol suhu pada kondisi transient karena casingnya yang sangat besar akan panas secara perlahan dan ekspansi dari bagian-bagiannya secara diferensial harus diminimalisir Range ukuran: Turbin uap tersedia dalam banyak ukuran mulai kurang dari 100 kW sampai lebih dari 250 MW. Pada range ukuran multi-megawatt, industri dan desain penggunaan turbin bergabung, dengan turbin yang sama (bagian tekanan tinggi) dapat melayani baik industri dan aplikasi pemakaian dalam skala kecil.

Emissions: emisi tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan oleh boiler dan sumber uap yang lain, desain dan operasi ruang pembakaran pada boiler dan sistem pembersihan jenis built-in dan add-on pada keluaran boiler. Contoh emisi akibat jenis bahan bakar :

B. Pemilihan dan Sizing Turbin Uap Langkah-langkah yang harus ditempuh dalam melakukan sizing turbine adalah seperti yang ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.

Gambar 5. Sizing turbin uap Langkah pertama dalam memilih turbin uap adalah menentukan rentang operasi dari turbine dengan cara memvariasikan susunan sudu pada turbin. Susunan sudu pada turbin dibagi menjadi 3 bagian yaitu curtis, rateau dan reaksi. Kinerja turbin ditentukan oleh jumlah baris dari masingmasing susunan sudu. 1. Curtis (Stand alone atau Single Stage) a. Compact

b. Daya yang dihasilkan relatif kecil ( mencapai 2000 kW). c. Kecepatan putarnya cukup rendah (6000 rpm, kecuali untuk desain khusus dapat mencapai 12000 rpm). d. Enthalpy drop-nya tinggi. 2. Rateau (Multi-rows) a. Efisiensinya lebih tinggi daripada Curtis b. Daya yang dihasilkan tinggi ( mencapai 30,000 kW) c. Pada umumnya kecepatan putar Rateau lebih tinggi dari Curtis (mencapai15000 rpm) d. Enthalpy drop untuk masing-masing baris lebih rendah daripada curtis tetatpi lebih tinggi dari turbin reaksi. 3. Reaction (Multi row reaction + 1 row impulse for control stage) a. Lebih efisien dari 2 tipe sebelumnya b. Daya yang dihasilkan tinggi c. Kecepatan putarnya tinggi (mencapai 15000 rpm) d. Enthalpy drop pada masing-masing baris rendah. e. Untuk uap bertekanan rendah

Gambar 6. Pengaturan sudu untuk sudu impuls dan reaksi (kiri); Tekanan dan kecepatan dari uap yang melewati nozzle dan sudu pada sudu impuls dan reaksi (kanan)

Gambar 7. Rentang operasi dari turbin uap Langkah selanjutnya adalah menentukan konsumsi uap dari turbin uap. Konsumsi uap tergantung pada daya keluaran yang diinginkan dan efisiensi turbin. Efisiensi akan bergantung pada ukuran turbin atau diameter rotor, geometri sudu, kecepatan, kondisi ekstrem dari uap dan losses lainnya. a. Diameter Rotor Produsen turbin mempunyai nilai diameter rotor untuk produk mereka. Masing-masing ukuran mempunyai rentang operasi khusus bahkan terkadang titik operasi yang dibutuhkan oleh konsumen tidak pada efisiensi yang maksimum. Ukuran diameter ditentukan oleh produsen karena alasan harga yang kompetitif. Model dan ukuran rotor ditunjukkan oleh gambar 7. b. Suhu uap Suhu uap yang sangat tinggi akan menurunkan kekuatan bahan sudu turbin dan menyebabkan pembatasan pada desain kecepatan. Perbedaan antara kecepatan yang rendah dan enthalphy yang tinggi akan menurunkan efisiensi turbin, dapat dilihat pada garis merah di gambar 7. c. Ukuran sudu, kecepatan, dan derajat admisi Tipe sudu, ukuran, derajat admisi dan kecepatan mempengaruhi efisiensi turbin, dapat dilihat dari gambar 8 dan 9 untuk turbin impuls dan turbin reaksi. d. Losses lainnya Losses lainnya yang dapat menurunkan total efisiensi turbin adalah, - Peripheral losses pada sudu impuls. - Loss kebasahan pada sudu reaksi. - Loss mekanik, lihat gambar 10. - Enthalpy drop pada governor valve.

(a)

(b)

(c) Gambar 8. Daya output, kecepatan dan rentang enthalphy untuk beberapa desain Turbin Curtis (a); Turbin Rateau (b); Turbin Reaksi (c)

Gambar 9. Faktor efisiensi akibat ketinggian nozzle dan derajat admisi

Gambar 10. Efisiensi Turbin reaksiIV. PRINSIP KERJA

Prinsip kerja dari turbin jenis condensing turbine adalah membuang keluaran turbin secara langsung ke kondenser yang menjaga kondisi vacuum pada bagian keluaran turbin. Suatu susunan pipa, didinginkan oleh sungai, danau atau menara pendingin, mengkondensasi uap menjadi cair (air). Kondisi vacuum pada kondenser disebabkan oleh air pendingin yang mempunyai kondisi hampir sama dengan lingkungan (ambient) menyebabkan kondensasi pada uap buangan turbin di kondenser. Udara dalam jumlah yang sedikit diketahui menerobos masuk ke sistem ketika sistem tersebut mempunyai tekanan di bawah tekanan atmosfer, suatu kompresor yang cukup kecil digunakan untuk menghilangkan gas yang tidak terkondensasi dari kondenser. Gas yang tidak terkondensasi termasuk udara dan sedikit produk sampingan korosi hasil reaksi antara air dengan besi yaitu hidrogen. Proses dalam Condensing Turbine menghasilkan daya dan efisiensi pembangkitan listrik yang maksimum dari suplai uap dan bahan bakar boiler. Daya keluaran Condensing Turbine sensitif terhadap perubahan lingkungan (ambient).V. MASALAH DAN PENYEBAB