Kerja bersih yang dihasilkan sama dengan jumlah kalor netto yang dimasukkan, maka efisiensi termal dapat juga dituliskan sebagai berikut :
. .
. .
. .
. .
. .
4 1
3 2
1
1
in out
out thermal
in in
Q Q
Q m
m m
Q Q
m m
h h
h h
η −
= = −
− = −
− ….. [2.3]
Parameter lain yang digunakan untuk menunjukkan performans pembangkit tenaga adalah back work ratio, bwr, didefenisikan sebagai perbandingan kerja
input pompa terhadap kerja yang dihasilkan turbin. Back work ratio untuk siklus daya :
bwr =
. .
2 1
. 3
4 .
p t
W h
h m
h h
W m
− =
−
….. [2.4]
2.3. Modifikasi Siklus Rankine
Modifikasi siklus Rankine bertujuan untuk meningkatkan efisiensi siklus dalam hal ini dibuat ekstraksi uap untuk memanaskan air pengisian ketel,
sehingga kerja ketel berkurang dan kebutuhan bahan bakar juga berkurang. Pada prakteknya turbin uap dengan tekanan awal yang tinggi biasa dibuat dengan
ekstraksi yang biasanya berjumlah 5 sampai 7 tingkat ekatraksi. Untuk turbin dengan parameter uap kritis panas lanjut, jumlah ekstraksi dapat mencapai
sebanyak 8 sampai 9. Uap yang di ekstraksi dari tingkat-tingkat menengah
Universitas Sumatera Utara
biasanya dimanfaatkan pada pemanas air pengisian ketel. Untuk turbin uap tekanan menengah jumlah ekstraksi dibatasi hanya 1 sampai 4.
Salah satu modifikasi dari siklus Rankine dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.3. Diagram alir siklus Rankine dengan satu tingkat ekstraksi
Uap panas lanjut dari ketel memasuki turbin, setelah melalui beberapa tingkatan sudu turbin, sebagian uap diekstraksikan ke deaerator, sedangkan
sisanya masuk ke kondensor dan dikondensasikan didalam kondensor. Selanjutnya air dari kondensor dipompakan ke deaerator juga. Di dalam deaerator,
uap yang berasal dari turbin yang berupa uap basah bercampur dengan air yang berasal dari kondensor. Kemudian dari deaerator dipompakan kembali ke ketel,
dari ketel ini air yang sudah menjadi uap kering dialirkan kembali lewat turbin.
BOILER
DEAERATOR
P2
P1 KONDENSER
TURBIN
V
1 2
3 4
5
6 7
Universitas Sumatera Utara
Tujuan uap diekstraksikan ke deaerator adalah untuk membuang gas-gas yang tidak terkondensasi sehingga pemanasan pada ketel dapat berlangsung
efektif, mencegah korosi pada ketel, dan meningkatkan efisiensi siklus. Untuk mempermudah penganalisaan siklus termodinamika ini, proses-
proses tersebut di atas disederhanakan dalam bentuk diagram berikut :
.
Gambar 2.4. Diagram T-s siklus Rankine dengan satu tingkat ekstraksi
2.4. Klasifikasi Turbin Uap
Ada beberapa cara untuk mengklasifikasikan turbin uap, yaitu:
1 Berdasarkan arah aliran uapnya a Turbin aksial, yaitu turbin dengan arah aliran uap sejajar dengan sumbu
poros.
b Turbin radial, yaitu turbin dengan arah aliran uap tegak lurus terhadap
sumbu poros.
T
s
1 2
3 4
5
6
7
v
v
Universitas Sumatera Utara
2 Berdasarkan prinsip kerjanya.
a Turbin aksi impuls, yaitu turbin yang perputaran sudu-sudu geraknya
karena dorongan dari uap yang telah dinaikkan kecepatannya oleh nozel. Yang termasuk turbin aksi impuls, adalah :
1 Turbin Uap De-Laval
Turbin uap De-Laval adalah turbin uap yang bekerja dengan prinsip impuls aksi dengan aliran aksial, satu tingkat tekanan dan satu tingkat kecepatan.
Turbin uap ini memiliki satu susunan sudu gerak sehingga seluruh droping energi energi jatuh potensial uap akan dikonversikan oleh sudu-sudu gerak. Putaran
yang dihasilkan turbin uap ini sangat besar dan daya yang dihasilkan maksimum 1.500 kW, sehingga turbin ini biasanya digunakan untuk kapasitas generator yang
kecil. Keuntungan turbin uap ini adalah konstruksinya yang sederhana sehingga
ongkos pembuatannya murah serta perakitannya pun mudah. Kerugian utama dari turbin uap ini adalah kapasitasnya yang kecil, efisiensi yang rendah, dan
putarannya yang terlalu tinggi sehingga memerlukan transmisi roda gigi untuk mendapatkan putaran yang dibutuhkan untuk menggerakkan generator listrik.
Universitas Sumatera Utara
Keterangan gambar : 1. Poros 2. Cakram
3. Sudu gerak 4. Nozel 5. Stator 6. Pipa buang
Gambar 2.5. Turbin impuls De-Laval tingkat tunggal dan diagram efisiensinya
2 Turbin Uap Curtis
Turbin uap Curtis adalah turbin uap yang bekerja dengan prinsip impuls aksi dengan aliran aksial, sistem tingkat tekanan tunggal dan lebih dari satu
tingkat kecepatan. Turbin uap ini memiliki putaran yang lebih rendah dari turbin uap De-Laval dan daya yang dihasilkan dapat mencapai 4.000 kW, sehingga
turbin uap ini dapat dipakai untuk kapasitas generator yang sedang. Dalam turbin uap Curtis ini, uap hanya diekspansikan pada nozel sudu
tetap yang pertama dan selanjutnya tekanan konstan sedangkan dalam baris sudu gerak tidak terjadi ekspansi.
Meskipun demikian, dalam kenyataannya penurunan tekanan yang kecil di dalam sudu gerak tidak dapat dihindarkan berhubung adanya gesekan, aliran
turbulen dan kerugian lainnya. Keunggulan jenis turbin uap ini adalah konstruksinya sederhana, mudah dioperasikan namun efisiensinya rendah.
Universitas Sumatera Utara
Keterangan gambar : 1. Poros
2. Cakram 3. Baris pertama sudu gerak
4. Nozel 5. Stator
6. Baris kedua sudu gerak 7. Sudu pengarah.
Gambar 2.6. Turbin impuls Curtis tingkat tunggal dengan dua tingkat kecepatan dan diagram efisiensinya
3 Turbin Uap ZoellyRateau
Turbin uap ZoellyRateau bekerja dengan prinsip impuls aksi dengan sistem tekanan bertingkat. Tekanan uap turun secara bertahap di dalam baris sudu
tetap saja, sedangkan di dalam baris sudu gerak tidak terjadi penurunan tekanan. Daya yang dihasilkan adalah daya yang besar pada putaran rendah.
Sehingga turbin uap ini cocok dipakai sebagai penggerak daya generator yang besar. Keuntungan turbin ini adalah efisiensinya yang tinggi, tetapi biaya
konstruksiya mahal. Dengan demikian konstruksinya lebih rumit dari turbin uap satu tingkat tekanan.
Universitas Sumatera Utara
Keterangan gambar : 1. Poros
2. Cakram 3. Baris pertama sudu gerak
4. Nozel 5. Stator
6. Baris kedua sudu gerak 7. Sudu pengarah.
Gambar 2.7. Penampang turbin impuls zoellyRateau tiga tingkat tekanan
4 Turbin Uap Parson
Turbin uap Parson bekerja dengan prinsip reaksi dengan aliran aksial. Turbin uap ini umumnya bertingkat dan untuk kapasitas yang besar dengan
putaran yang rendah. Uap mengalami ekspansi baik pada sudu pengarah maupun pada sudu gerak sehingga mengarahkan dorongan pada sudu dalam arah aksial.
Walaupun konversi energi terjadi pada ke dua tipe sudu tersebut, namun yang menghasilkan daya tangensial reaksi hanya sudu-sudu gerak saja, maka
turbin uap Parson dinamakan juga sebagai turbin uap semi-reaksi. Keuntungannya adalah efisiensinya lebih baik dari turbin uap Zolley, akan
tetapi sistem pengaturannya lebih rumit dan biaya konstruksinya lebih mahal jika dibandingkan dengan turbin uap De-Laval, Curtis, dan Zoelly.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8. Penampang turbin Parson reaksi dan diagram efisiensinya
b Turbin reaksi, yaitu turbin yang perputaran sudu-sudu geraknya karena
gaya reaksi sudu-sudu itu sendiri terhadap aliran uap yang melewatinya.
3 Berdasarkan kondisi uap yang meninggalkannya
a Turbin tekanan lawan back pressure turbine, yaitu turbin yang tekanan
uap bekasnya berada di atas tekanan atmosfir dan digunakan untuk keperluan proses.
b Turbin kondensasi langsung, yaitu turbin yang uap bekasnya
dikondensasikan langsung dalam kondensor untuk mendapatkan air kondensor pengisian ketel.
c Turbin ekstraksi dengan tekanan lawan, yaitu turbin yang sebagian uap
bekasnya dicerat diekstraksi dan sebagian lagi digunakan untuk keperluan proses.
d Turbin ekstraksi dengan kondensasi, yaitu turbin yang sebagian uap
bekasnya di cerat diekstraksi sebagian lagi dikondensasikan dalam kondensor untuk mendapatkan air kondensat pengisian ketel.
Universitas Sumatera Utara
e Turbin non kondensasi dengan aliran langsung, yaitu turbin yang uap
bekasnya langsung dibuang ke udara. f
Turbin non kondensasi dengan ekstraksi, yaitu turbin yang sebagian uap bekasnya dicerat diekstraksi dan sebagian lagi dibuang ke udara.
4 Berdasarkan tekanan uapnya
a Turbin tekanan rendah, yaitu turbin dengan tekanan uap masuk hingga 2
ata. b
Turbin tekanan menengah, yaitu turbin dengan tekanan uap masuk 40 ata. c
Turbin tekanan tinggi, yaitu turbin dengan tekanan uap masuk diatas 40 ata..
d Turbin tekanan sangat tinggi, yaitu turbin dengan tekanan uap masuk di
atas 170 ata. e
Turbin tekanan super kritis, yaitu turbin tekanan uap masuk di atas 225 ata.
Dalam merencanakan suatu turbin uap, dibutuhkan kecermatan dalam penentuan jenis turbin uap agar dapat menghasilkan daya yang diinginkan dengan
tidak mengalami kerugian-kerugian yang besar.
Universitas Sumatera Utara
2.5. Analisa Kecepatan Aliran Uap