15 Turbin Uap adalah salah satu komponen dasar dalam pembangkit listrik
tenaga uap. Di mana komponen utama dari sistem tersebut yaitu: Ketel, kondensor, pompa air ketel, dan turbin itu sendiri. Uap yang berfungsi sebagai
fluida kerja dihasilkan oleh ketel uap, yaitu suatu alat yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap.
Gambar: 2.3 Blok Diagram PLTU berbahan Bakar Wood Pellet Kaliandra
Proses Konversi energi pada PLTU mengalami tiga tahapan, yaitu: 1. Energi Kimia dalam bahan Bakar diubah menjadi energi panas dalam bentuk
uap bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi. 2. Energi panas uap diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran.
3. Energi Mekanik diubah menjadi energi listrik.
2.3.1 Siklus Rankine
Siklus Rankine setelah diciptakan langsung diterima sebagai standar untuk pembangkit daya yang menggunakan uap steam. Siklus ini merupakan siklus
yang paling banyak digunakan untuk pembangkit daya listrik sekarang ini. Oleh karena siklus Rankine merupakan siklus uap cair maka paling baik siklus itu
digambarkan dengan diagram P-v dan T-s dengan garis yang menunjukkan uap jenuh dan cair jenuh. Fluida kerjanya adalah air H
2
O.
16 2
3
Wp W
T
1 4
Gambar 2.4 Blok Diagram Siklus Rankine
Siklus ideal yang terjadi di dalam turbin adalah siklus Rankine; Air pada siklus 1 dipompakan, kondisinya adalah isentropik s
1
= s
2
masuk ke boiler dengan tekanan yang sama dengan tekanan di kondenser tetapi Boiler menyerap
panas sedangkan kondenser melepaskan panas, kemudian dari boiler masuk ke turbin dengan kondisi super panas h
3
= h
4
dan keluaran dari turbin berbentuk uap jenuh dimana laju aliran massa yang masuk ke turbin sama dengan laju aliran
massa keluar dari turbin, ini dapat digambarkan dengan menggunakan diagram T-s berikut:
BOILER
konderser
Q in
Q out
17 3
T Cp
2 4
1
s
Menurut Hukum pertama Thermodinamika, kerja yang dihasilkan oleh suatu proses siklus adalah sama dengan Jumlah Perpindahan Kalor pada fluida
kerja selama proses siklus tersebut berlangsung. Jadi untuk proses Siklus 1 – 2 – 2’ – 3 – 3’ – 4 – 1
Dengan rumus: W =
φ T dS......................................................................2.1 W = Kerja per satuan berat fluida kerja
Ds = Luas 1 – 2 - 2 – 2’ – 3 – 4 - 1 pada diagaram T – s Dalam kenyataannya, Siklus sistem Turbin Uap menyimpang dari Siklus
Ideal Siklus Rankine antara lain karena faktor tersebut di bawah ini: 1. Kerugian dalam pipa atau saluran fluida kerja, misalnya kerugian gesekan
dan kerugian kalor ke atmosfer di sekitarnya.
Gambar.2.5 Diagram Temperatur T – Entropi
S
18 2. Kerugian tekanan dalam ketel uap.
3. Kerugian energi didalam turbin karena adanya gesekan pada fluida kerja dan bagian-bagian dari turbin.
2.3.2 Prinsip Kerja Turbin Uap
Secara singkat prinsip kerja turbin uap adalah sebagai berikut : Uap masuk ke dalam turbin melalui nosel. Di dalam nosel energi panas dari
uap dirubah menjadi energi kinetis dan uap mengalami pengembangan. Tekanan uap pada saat keluar dari nosel lebih kecil dari pada saat masuk ke dalam nosel,
akan tetapi sebaliknya kecepatan uap keluar nosel lebih besar dari pada saat masuk ke dalam nosel.
Uap yang memancar keluar dari nosel diarahkan ke sudu-sudu turbin yang berbentuk lengkungan dan dipasang disekeliling roda turbin. Uap yang mengalir
melalui celah-celah antara sudu turbin itu dibelokkan kearah mengikuti lengkungan dari sudu turbin. Perubahan kecepatan uap ini menimbulkan gaya
yang mendorong dan kemudian memutar roda dan poros turbin. Jika uap masih mempunyai kecepatan saat meninggalkan sudu turbin berarti
hanya sebagian yang energi kinetis dari uap yang diambil oleh sudu-sudu turbin yang berjalan. Supaya energi kinetis yang tersisa saat meninggalkan sudu turbin
dimanfaatkan maka pada turbin dipasang lebih dari satu baris sudu gerak. Sebelum memasuki baris kedua sudu gerak. Maka antara baris pertama dan baris
kedua sudu gerak dipasang satu baris sudu tetap guide blade yang berguna untuk mengubah arah kecepatan uap, supaya uap dapat masuk ke baris kedua sudu
gerak dengan arah yang tepat. Kecepatan uap saat meninggalkan sudu gerak yang terakhir harus dapat
dibuat sekecil mungkin, agar energi kinetis yang tersedia dapat dimanfaatkan sebanyak mungkin. Dengan demikian effisiensi turbin menjadi lebih tinggi karena
kehilangan energi relatif kecil. Pada Generator sinkron energi mekanik yang diubah berupa putaran menjadi
energi listrik bolak balik AC, Energi mekanis diberikan oleh penggerak mulanya.
19 Sedangkan energi listrik bolak balik AC akan dihasilkan pada rangkaian
jangkarnya. Kumparan medan pada generator sinkron disebut rotor bagian yang berputar dan kumparan jangkar disebut stator bagian yang tidak berputar
Turbin Uap Jenis Bertingkat Turbin uap dibuat dengan daya yang telah ditentukan. Daya yang
dihasilkan turbin diperoleh dari selisih entalphi panas jatuh dan kapasitas uap massa aliran uap persatuan waktu yang masuk kedalam turbin. Dan pada saat
transformasi energi didalam turbin terjadi kerugian, sehingga daya yang dihasilkan turbin dapat dihitung dengan persamaan berikut:
P = h . m
s
. η
i
. η
m
KW................................................2.2
dimana : h : selisih entalpi dari ekspansi esentropik antara uap baru masuk kedalam
turbin dengan uap bekas yang keluar dari turbin , dalam KJKg. M
s
: kapasitas uap massa uap yang masuk kedalam turbin persatuan waktu. η
i
: Rendemen dalam turbin. η
m
: Rendamen mekanis dari turbin.
Dan randemen dari kopling dari turbin η
I
. η
m
= η
c
....................................................2.3
Besarnya harga randemen dari turbin tergantung dari kepada sistem sudu- sudu turbin. Pada turbin bertingkat deretan sudu ada dua atau lebih sehingga
dalam turbin tersebut terjadi distribusi kecepatan tekanan, tegantung dari jenis turbin aksi dan reaksi serta hasil-hasil fabrikasi. Berikut gambar grafik
20 kecepatan bertingkat dan tekanan bertingkat pada turbin bertingkat aksi dan
reaksi. Turbin reaksi mengalami ekspansi pada sudu pengarah maupun pada sudu gerak sehingga menggerakan dan mendorong sudu dalam arah aksial. Untuk
mengurangi dorongan aksial ini, adalah biasanya dengan memasang sudu-sudu gerak pada pada drum yang juga berfungsi sebagai rotor.
Proses Induction Steam Turbin Uap masuk kedalam emergency stop valve, dimana fungsinya menutup
total suplai uap dari boiler ke turbin dalam waktu yang singkat. Setelah dari stop valve, uap melewati HP control valve. Control valve katup pengatur ini
digerakkan oleh sebuah balok yang diatur naik atau turun oleh sebuah silinder melalui serangkai tuas. Silinder ini menerima sinyal dari Governor.
Katup pengatur uap tekanan tinggi HP Control Valve mengatur jumlah uap yang masuk ke nosel pipa semprot , yang selanjutnya menggerakkan turbin
impuls satu tingkat. Energi uap yang masih tersisa kemudian menggerakkan turbin reaksi yang terdiri atas 14 tingkat. Desain turbin ini memungkinkan
penggunaan uap tekanan rendah LP steam yang diijeksikaninduction untuk membantu menggerakkan turbin reaksi tingkat ke 13 dan tingkat ke 14.
Pola operasi dengan uap tekanan rendah yang bertekanan konstan diatur oleh LP control valve katup pengatur uap tekanan rendah . Governor mengatur aliran
uap tekanan rendah dan daya keluaran turbin yang tidak saling bergantung satu sama lainnya. Uap yang telah diekspansikan keluar melalui pipa buangan
berdiameter 70 inchi. Pipa buangan dari tiap turbin 905 - TG 1234 bergabung pada satu pipa berdiameter 110 inchi yang selanjutnya mengalirkan uap dan
kondensat ke surface condensor pendingin dengan media udara. Sebelum air tersebut dikembalikan ke Boiler ketel, air kondensat digabungkan dengan air
yang ada pada bak penampung dan dipompakan ke Turbin 1 Tingkat yang berjumlah dua buah untuk menjaga kekurangan kuantitas air ke Boiler. Air
21 dikembalikan kembali ke boiler untuk diubah menjadi uap kembali, jadi sistem
yang digunakan adalah sistem tertutup. Rumah turbin terbagi dua dalam arah horizontal yang dipasangkan pada
dudukan Bantalan Bearing Pendestal . Pipa keluaran uap dan kondensat dihubungkan dengan turbin memakai
sambungan Flens dan arah aliran kebawah. Poros turbin terbuat dari baja tempa yang kemudian dikerjakan dengan proses permesinan. Sudu turbin terdiri dari
sudu impuls dan sudu reaksi. Bantalan Luncur Jounal Bearing penyangga poros terdiri dari dua bahagian. Dudukan bagian depan juga merupakan Rumah
Bantalan Aksial Trust Bearing yang meredam gaya aksial. Kelonggaran yang tepat antara sudu tetap dengan sudu gerak akan menghasilkan pemanfaatan energi
yang optimum. Balancing Piston dipasang pada turbin untuk mengimbangi gaya aksial yang
ditimbulkan oleh sudu reaksi. Besarnya gaya aksial bergantung kepada beban yang terjadi yang kelebihannya ditahan oleh bantalan aksial. Pada saat bersamaan
Balancing piston menyekat uap tekanan tinggi didaerah sudu impuls. Diafragma memisahkan uap bertekanan tinggi dengan uap bertekanan rendah. Turbin
dikontrol oleh governor hidrolik. Pompa pelumas utama dan Impeler dari governor diputar oleh turbin melalui
roda gigi. Governor adalah sebagai pengatur yang berfungsi untuk mengurangi
aliran uap ke turbin bila kecepatan putar melebihi yang diinginkan Over Speed.
Bagian – bagian Turbin Uap
Dari data yang didapatkan dari Blue Book dan menurut lampiran dari gambar Turbin Part SR 434450 maka bagian – bagian Turbin dapat diuraikan sebagai
berikut : 1. CASSING
Adalah sebagai penutup bagian-bagian utama turbin. 2. ROTOR
22 Adalah bagian turbin yang berputar yang terdiri dari poros, sudu turbin atau
deretan sudu yaitu Stasionary Blade dan Moving Blade. Untuk turbin bertekanan tinggi atau ukuran besar, khususnya unuk turbin jenis reaksi maka
motor ini perlu di Balanceuntuk mengimbagi gaya reaksi yang timbul secara aksial terhadap poros.
3. BEARING PENDESTAL Adalah merupakan kekdudukan dari poros rotor.
4. JOURNAL BEARING Adalah Turbine Part yang berfungsi untuk menahan Gaya Radial atau Gaya
Tegak Lurus Rotor. 5. THRUST BEARING
adalah Turbine Part yang berfungsi untuk menahan atau untuk menerima gaya aksial atau gaya sejajar terhadap poros yang merupakan gerakan maju
mundurnya poros rotor. 6. MAIN OLI PUMP
Berfungsi untuk memompakan oli dari tangki untukdisalurkan pada bagian – bagian yang berputar pada turbin . Dimana fungsi dari Lube Oil adalah :
Sebagai Pelumas pada bagian – bagian yang berputar. Sebagai Pendingin Oil Cooler yang telah panas dan masuk ke bagian
turbin dan akan menekan terdorong keluar secara sirkuler Sebagai Pelapis Oil Film pada bagian turbin yang bergerak secara
rotasi. Sebagai Pembersih Oil Cleaner dimana oli yang telah kotor sebagai
akibat dari benda-benda yang berputar dari turbin akan terdorong ke luar secara sirkuler oleh oli yang masuk .
7. GLAND PACKING Sebagai Penyekat untuk menahan kebocoran baik kebocoran Uap maupun
kebocoran oli. 8. LABIRINTH RING
23 Mempunyai fungsi yang sam dengan gland packing.
9. IMPULS STAGE Adalah sudu turbin tingkat pertama yang mempunyai sudu sebanyak 116 buah
10. STASIONARY BLADE Adalah sudu-sudu yang berfingsi untuk menerima dan mengarahkan steam
yang masuk. 11. MOVING BLADE
Adalah sejumlah sudu-sudu yang berfungsi menerima dan merubah Energi Steam menjadi Energi Kinetik yang akan memutar generator.
12. CONTROL VALVE Adalah merupakan katup yang berfungsi untuk mengatur steam yang masuk
kedalam turbin sesuai dengan jumlah Steam yang diperlukan. 13. STOP VALVE
Adalah merupakan katup yang berfungsi untuk menyalurkan atau menghentikan aliran steam yang menuju turbin.
14. REDUCING GEAR Adalah suatu bagian dari turbin yang biasanya dipasang pada turbin-turbin
dengan kapasitas besar dan berfungsi untuk menurunkan putaran poros rotor dari 5500rpm menjadi 1500 rpm.
Bagian-bagian dari Reducing Gear adalah :
Gear Cassing adalah merupakan penutup gear box dari bagian-bagian dalam reducing gear.
Pinion high speed gear adalah roda gigi dengan type Helical yang putarannya merupakan putaran dari shaft rotor turbin uap.
Gear Wheal low speed gear merupakan roda gigi type Helical yang putarannya akan mengurangi jumlah putaran dari Shaft rotor turbin
yaitu dari 5500 rpm menjadi 1500 rpm. Pinion Bearing yaitu bantalan yang berfungsi untuk menahan
menerima gaya tegak lurus dari pinion gear.
24 Pinion Holding Ring yaitu ring berfungsi menahan Pinion Bearing
terhadap gaya radial shaft pinion gear. Wheel Bearing yaitu bantalan yang berfungsi menerima atau menahan
gaya radial dari shaft gear wheel. Wheel Holding Ring adalah ring penahan dari wheel Bearing terhadap
gaya radial atau tegak lurus shaft gear wheel. Wheel Trust Bearing merupakn bantalan yang berfungsi menahan atau
menerima gaya sejajar dari poros gear wheel gaya aksial yang merupakan gerak maju mundurnya poros.
2.3.3 Klasifikasi turbin uap
