TURBIN AIR DAN TURBIN UAP PENGGERAK MU
TURBIN AIR
1. PENGERTIAN TURBIN AIR
Turbin air adalah alat untuk untuk mengubah energi air (energi potensial, tekanan
dan energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran poros turbin ini
akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik..Turbin air dikembangkan pada abad 19
dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik. Berdasarkan
prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi
kinetik, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan
turbin reaksi. Pengelompokkan turbin air ditunjukkan oleh Tabel 1 berikut :
a. Turbin Impuls
Turbin impuls adalah turbin air yang cara kerjanya merubah seluruh
energi
air(yang
terdiri
dari
energi
potensial+tekanan+kecepatan)
yang
tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan
energi kinetik. Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle.
Air keluar nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin.
Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi
perubahan momentum (impulse). Akibatnyaroda turbin akan berputar. Turbin
impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran airyang keluar dari nozle
tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfr sekitarnya. Semua energi
tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi
energi kecepatan. Contoh turbin impuls adalah turbin Pelton.
b. Turbin Reaksi
Turbin reaksi adalah turbin yang cara kerjanya merubah seluruh energi
air yang tersedia menjadi energi kinetik. Turbin jenis ini adalah turbin yang
paling banyak digunakan. Sudu pada turbin reaksi mempunyai profl khusus
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
1
yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu.
Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian
turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip
ini dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner turbin reaksisepenuhnya
tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin.
2. FUNGSI TURBIN
Turbin berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi
mekanik. gaya jatuh air yang mendorong baling-baling menyebabkan turbin
berputar. Turbin air kebanyakan seperti kincir angin, dengan menggantikan
fungsi dorong angin untuk memutar baling-baling digantikan air untuk
memutar turbin. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator.
3. PRINSIP KERJA TURBIN AIR
Turbin air mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis. Energi
mekanis diubah dengan generator listrik menjadi tenaga listrik. Berdasarkan
prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi
mekanis
4. BAGIAN-BAGIAN SECARA UMUM TURBIN
a) Rotor yaitu bagian yang berputar pada sistem yang terdiri dari :
- Sudu-sudu
berfungsi
untuk
menerima
beban
pancaran
yang
disemprotkan
Oleh nozzle.
- Poros berfungsi untuk meneruskan aliran tenaga yang berupa gerak
putar\
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
2
yang dihasilkan oleh sudu.
- Bantalan
berfungsi
sebagai
perapat-perapat
komponen-komponen
dengan
tujuan agar tidak mengalami kebocoran pada sistem.
b) stator yaitu bagian yang diam pada sistem yang terdiri dari :
- Pipa pengarah/nozzle berfungsi untuk meneruskan alira fuida
sehinggatekanan dan kecepatan alir fuida yang digunakan di dalam
sistem besar.
- Rumah turbin berfungsi sebagai rumah kedudukan komponen komponen
dari turbin.
5. JENIS-JENIS TURBIN AIR
a. Turbin Pelton
Keuntungan turbin pelton...
- Daya yang dihasilkan besar.
- Konstruksi yang sederhana.
- Mudah dalam perawatan.
- Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir.
Kekurangan
Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau
bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang lebih banyak.
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
3
Turbin pelton digolongkan ke dalam jenis turbin impuls atau tekanan sama. Karena selama
mengalir di sepanjang sudu-sudu turbin tidak terjadi penurunan tekanan, sedangkan perubahan
seluruhnya terjadi pada bagian pengarah pancaran atau nosel.
Energi yang masuk ke roda jalan dalam bentuk energi kinetik. Pada waktu melewati roda
turbin, energi kinetik dikonversikan menjadi kerja poros dan sebagian kecil energi terlepas dan
sebagian lagi digunakan untuk melawan gesekan dengan permukaan sudu turbin.
b. Turbin turgo
Turbin turgo Dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo
merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda keuntungan kerugian juga sama
c. Turbin crossfoo
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
4
Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jeis turbin aksi (impulse turbine).
Pemakaian jenis Turbin Cross-Flow lebih menguntungkan dibanding dengan pengunaan kincir
air maupun jenis turbin mikro hidro lainnya. Penggunaan turbin ini untuk daya yang sama dapat
menghemat biaya pembuatan penggerak mula sampai 50 % dari penggunaan kincir air dengan
bahan yang sama. Penghematan ini dapat dicapai karena ukuran Turbin Cross-Flow lebih kecil
dan lebih kompak dibanding kincir air.
d. Turbin francis
Turbin Francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air
tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin Francis
menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial.
Turbin francis bekerja dengan memakai proses tekanan lebih. Pada waktu air masuk ke roda
jalan, sebagian dari enrgi tinggi jatuh telah bekerja di dalam sudu pengarah diubah sebagai
kecepatan air masuk. Sisa energi tinggi jatuh dimanfaatkan dalam sudu jalan, dengan adanya
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
5
pipa isap memungkinkan energi tinggi jatuh bekerja di sudu jalan dengan semaksimum
mungkin. Turbin yang dikelilingi dengan sudu pengarah semuanya terbenam dalam air. Air
yang masuk kedalam turbin dialirkan melalui pengisian air dari atas turbin (schact) atau melalui
sebuah rumah yang berbentuk spiral (rumah keong). Semua roda jalan selalu bekerja. Daya
yang dihasilkan turbin diatur dengan cara mengubah posisi pembukaan sudu pengarah.
Pembukaan sudu pengarah dapat dilakuakan dengan tangan atau dengan pengatur dari oli
tekan(gobernor tekanan oli), dengan demikian kapasitas air yang masuk ke dalam roda turbin
bisa diperbesar atau diperkecil. Pada sisi sebelah luar roda jalan terdapat tekanan kerendahan
(kurang dari 1 atmosfir) dan kecepatan aliran yang tinggi. Di dalam pipa isap kecepatan
alirannya akan berkurang dan tekanannya akan kembali naik sehingga air bisa dialirkan keluar
lewat saluran air di bawah dengan tekanan seperti keadaan sekitarnya
e. Turbin kaplan propeller
6. KRITERIA PEMILIHAN JENIS TURBIN
Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan
kekurangan dari jenis-jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang sangat
spesifk. Pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan
mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem
operasi turbin, yaitu :
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
6
Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan dimanfaatkan untuk operasi
turbin merupakan faktor utama yang mempengaruhi pemilihan jenis turbin, sebagai contoh :
turbin pelton efektif untuk operasi pada head tinggi, sementara turbin propeller sangat efektif
beroperasi pada head rendah.
Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit yang tersedia.
Kecepatan (putaran) turbin ang akan ditransmisikan ke generator. Sebagai contoh untuk sistem
transmisi direct couple antara generator dengan turbin pada head rendah, sebuah turbin reaksi
(propeller) dapat mencapai putaran yang diinginkan, sementara turbin pelton dan crossflow
berputar sangat lambat (low speed) yang akan menyebabkan sistem tidak beroperasi.
TURBIN UAP
Siklus Renkine setelah diciptakan langsung diterima sebagai standar
untuk pembangkit daya yang menggunakan uap (steam ). Siklus Renkine
nyata yang digunakan dalam instalasi pembangkit daya jauh lebih rumit dari
pada siklus renkine ideal asli yang sederhana. siklus ini merupakan siklus
yang paling banyak digunakan untuk pembangkit daya listrik sekarang ini.
Oleh karena siklus Rankine merupakan sikus 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 (H2O).
Turbin Uap adalah salah satu komponen dasar dalam pembangkit listrik
tenaga uap. Dimana komponen utama dari sistem tersebut yaitu : Ketel,
kondensor, pompa air ketel, dan turbin itu sendiri. Uap yang berfungsi
sebagai fuida kerja dihasilkan oleh katel uap, yaitu suatu alat yang berfungsi
untuk mengubah air menjadi uap.
Q in
2
Wp
BOILER
3
WT
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
7
Q out
1
4
Gambar.1. Siklus rankine
Siklus ideal yang terjadi didalam turbin adalah siklus Renkine ; Air pada
siklus 1 dipompakan, kondisinya adalah isentropik
s1 = s2 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 = h4 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:
3
T
Cp
2
4
1
s
Gambar.2. Diagram Temperatur (T) – Entropi (S)
Menurut Hukum pertama Thermodinamika, kerja yang dihasilkan oleh
suatu proses siklus adalah sama dengan Jumlah Perpindahan Kalor pada fuida
kerja selama proses siklus tersebut berlangsung. Jadi untuk proses Siklus
1 – 2 – 2’ – 3 – 3’ – 4 – 1
Dengan rumus:
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
8
W = T dS
W = Kerja per satuan berat fuida kerja
Ds = Luas 1 – 2 - 2 – 2’ – 3 – 4 - 1 pada diagaram ( T – s )
Dalam kenyataan Siklus sistem Turbin Uap menyimpang dari Siklus
Ideal (Siklus Rankine ) antara lain karena faktor tersebut dibawah ini :
1. Kerugian dalam pipa atau saluran fluida kerja, misalnya kerugian
gesekan dan kerugian kalor ke atmosfer disekitarnya .
2. Kerugian tekanan dalam ketel uap
3. Kerugian energi didalam turbin karena adanya gesekan pada fuida
kerja dan bagian-bagian dari turbin.
PRINSIP KERJA TURBIN UAP
Secara singkat prinsip kerja turbin uap adalah sebagai berikut :
Uap masuk kedalam turbin melalui nosel. Didalam 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 meninggalkn sudu turbin
berarti hanya sebagian yang energi kinetis dari uap yang diambil oleh
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
9
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 efisiensi turbin
menjadi lebih tinggi karena kehilangan energi relatif kecil.
KLASIFIKASI TURBIN UAP
Turbin Uap dapat diklasifkasikan menjadi beberapa kategori yang
berbeda berdasarkan pada konstruksinya, prinsip kerjanya dan menurut
peoses penurunan tekanan uap sebagai berikut:
Klasifiasi Turbiie bierdasariae Priesip Kerjaeaa
1.
Turbin Impulse
Turbin impuls atau turbin tahapan impuls adalah turbin sederhana
berrotor satu atau banyak (gabungan ) yang mempunyai sudu-sudu pada
rotor itu. Sudu biasanya simetris dan mempunyai sudut masuk dan
sudut keluar.
Turbin satu tahap.
Turbin impuls gabungan.
Turbin impuls gabungan kecepatan.
Ciri-ciri dari turbin impuls antara lain:
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
10
-
Proses pengembangan uap / penurunan tekanan seluruhnya terjadi pada
sudu diam / nosel.
-
Akibat tekanan dalam turbin sama sehingga disebut dengan Tekanan Rata.
2.
Turbin Reaksi
Turbin reaksi mempunyai tiga tahap, yaitu masing-masingnya terdiri
dari baris sudu tetap dan dua baris sudu gerak. Sudu bergerrak turbin
reaksi dapat dibedakan dengan mudah dari sudu impuls karena tidak
simetris, karena berfungsi sebagai nossel bentuknya sama dengan sudu
tetap walaupun arahnya lengkungnya berlawanan.
Ciri-ciri turbin ini adalah :
-
Penurunan tekanan uap sebagian terjadi di Nosel dan Sudu Gerak
-
Adanya perbedaan tekanan didalam turbin sehingga disebut Tekanan
Bertingkat.
Klasifiasi Turbiie Uap Berdasariae Pada Tiegiar Peeurueae Teiaeae
Dalam Turbiie
Turbin Tunggal ( Single Stage )
Dengan kecepatan satu tingkat atau lebih turbin ini cocok untuk untuk
daya kecil, misalnya penggerak kompresor, blower, dll.
Turbin Bertingkat (Aksi dan Reaksi ).
Disini sudu-sudu turbin dibuat bertingkat, biasanya cocok untuk daya
besar. Pada turbin bertingkat terdapat deretan sudu 2 atau lebih.
Sehingga turbin tersebut terjadi distribusi kecepatan / tekanan.
Klasifiasi Turbiie Berdasariae Prsses Peeurueae Teiaeae Uap
Turbin Kondensasi.
Tekanan keluar turbin kurang dari 1 atm dan dimasukkan kedalam
kompresor.
Turbin Tekanan Lawan.
Apabila tekanan sisi keluar turbin masih besar dari 1 atm
sehingga
masih dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin lain.
Turbin Ekstraksi.
Didalam turbin ini sebagian uap dalam turbin diekstraksi untuk roses
pemanasan lain, misalnya proses industri.
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
11
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
12
1. PENGERTIAN TURBIN AIR
Turbin air adalah alat untuk untuk mengubah energi air (energi potensial, tekanan
dan energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran poros turbin ini
akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik..Turbin air dikembangkan pada abad 19
dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik. Berdasarkan
prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi
kinetik, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan
turbin reaksi. Pengelompokkan turbin air ditunjukkan oleh Tabel 1 berikut :
a. Turbin Impuls
Turbin impuls adalah turbin air yang cara kerjanya merubah seluruh
energi
air(yang
terdiri
dari
energi
potensial+tekanan+kecepatan)
yang
tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan
energi kinetik. Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle.
Air keluar nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin.
Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi
perubahan momentum (impulse). Akibatnyaroda turbin akan berputar. Turbin
impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran airyang keluar dari nozle
tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfr sekitarnya. Semua energi
tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi
energi kecepatan. Contoh turbin impuls adalah turbin Pelton.
b. Turbin Reaksi
Turbin reaksi adalah turbin yang cara kerjanya merubah seluruh energi
air yang tersedia menjadi energi kinetik. Turbin jenis ini adalah turbin yang
paling banyak digunakan. Sudu pada turbin reaksi mempunyai profl khusus
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
1
yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu.
Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian
turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip
ini dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner turbin reaksisepenuhnya
tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin.
2. FUNGSI TURBIN
Turbin berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi
mekanik. gaya jatuh air yang mendorong baling-baling menyebabkan turbin
berputar. Turbin air kebanyakan seperti kincir angin, dengan menggantikan
fungsi dorong angin untuk memutar baling-baling digantikan air untuk
memutar turbin. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator.
3. PRINSIP KERJA TURBIN AIR
Turbin air mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis. Energi
mekanis diubah dengan generator listrik menjadi tenaga listrik. Berdasarkan
prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi
mekanis
4. BAGIAN-BAGIAN SECARA UMUM TURBIN
a) Rotor yaitu bagian yang berputar pada sistem yang terdiri dari :
- Sudu-sudu
berfungsi
untuk
menerima
beban
pancaran
yang
disemprotkan
Oleh nozzle.
- Poros berfungsi untuk meneruskan aliran tenaga yang berupa gerak
putar\
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
2
yang dihasilkan oleh sudu.
- Bantalan
berfungsi
sebagai
perapat-perapat
komponen-komponen
dengan
tujuan agar tidak mengalami kebocoran pada sistem.
b) stator yaitu bagian yang diam pada sistem yang terdiri dari :
- Pipa pengarah/nozzle berfungsi untuk meneruskan alira fuida
sehinggatekanan dan kecepatan alir fuida yang digunakan di dalam
sistem besar.
- Rumah turbin berfungsi sebagai rumah kedudukan komponen komponen
dari turbin.
5. JENIS-JENIS TURBIN AIR
a. Turbin Pelton
Keuntungan turbin pelton...
- Daya yang dihasilkan besar.
- Konstruksi yang sederhana.
- Mudah dalam perawatan.
- Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir.
Kekurangan
Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau
bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang lebih banyak.
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
3
Turbin pelton digolongkan ke dalam jenis turbin impuls atau tekanan sama. Karena selama
mengalir di sepanjang sudu-sudu turbin tidak terjadi penurunan tekanan, sedangkan perubahan
seluruhnya terjadi pada bagian pengarah pancaran atau nosel.
Energi yang masuk ke roda jalan dalam bentuk energi kinetik. Pada waktu melewati roda
turbin, energi kinetik dikonversikan menjadi kerja poros dan sebagian kecil energi terlepas dan
sebagian lagi digunakan untuk melawan gesekan dengan permukaan sudu turbin.
b. Turbin turgo
Turbin turgo Dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo
merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda keuntungan kerugian juga sama
c. Turbin crossfoo
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
4
Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jeis turbin aksi (impulse turbine).
Pemakaian jenis Turbin Cross-Flow lebih menguntungkan dibanding dengan pengunaan kincir
air maupun jenis turbin mikro hidro lainnya. Penggunaan turbin ini untuk daya yang sama dapat
menghemat biaya pembuatan penggerak mula sampai 50 % dari penggunaan kincir air dengan
bahan yang sama. Penghematan ini dapat dicapai karena ukuran Turbin Cross-Flow lebih kecil
dan lebih kompak dibanding kincir air.
d. Turbin francis
Turbin Francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air
tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin Francis
menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial.
Turbin francis bekerja dengan memakai proses tekanan lebih. Pada waktu air masuk ke roda
jalan, sebagian dari enrgi tinggi jatuh telah bekerja di dalam sudu pengarah diubah sebagai
kecepatan air masuk. Sisa energi tinggi jatuh dimanfaatkan dalam sudu jalan, dengan adanya
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
5
pipa isap memungkinkan energi tinggi jatuh bekerja di sudu jalan dengan semaksimum
mungkin. Turbin yang dikelilingi dengan sudu pengarah semuanya terbenam dalam air. Air
yang masuk kedalam turbin dialirkan melalui pengisian air dari atas turbin (schact) atau melalui
sebuah rumah yang berbentuk spiral (rumah keong). Semua roda jalan selalu bekerja. Daya
yang dihasilkan turbin diatur dengan cara mengubah posisi pembukaan sudu pengarah.
Pembukaan sudu pengarah dapat dilakuakan dengan tangan atau dengan pengatur dari oli
tekan(gobernor tekanan oli), dengan demikian kapasitas air yang masuk ke dalam roda turbin
bisa diperbesar atau diperkecil. Pada sisi sebelah luar roda jalan terdapat tekanan kerendahan
(kurang dari 1 atmosfir) dan kecepatan aliran yang tinggi. Di dalam pipa isap kecepatan
alirannya akan berkurang dan tekanannya akan kembali naik sehingga air bisa dialirkan keluar
lewat saluran air di bawah dengan tekanan seperti keadaan sekitarnya
e. Turbin kaplan propeller
6. KRITERIA PEMILIHAN JENIS TURBIN
Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan
kekurangan dari jenis-jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang sangat
spesifk. Pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan
mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem
operasi turbin, yaitu :
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
6
Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan dimanfaatkan untuk operasi
turbin merupakan faktor utama yang mempengaruhi pemilihan jenis turbin, sebagai contoh :
turbin pelton efektif untuk operasi pada head tinggi, sementara turbin propeller sangat efektif
beroperasi pada head rendah.
Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit yang tersedia.
Kecepatan (putaran) turbin ang akan ditransmisikan ke generator. Sebagai contoh untuk sistem
transmisi direct couple antara generator dengan turbin pada head rendah, sebuah turbin reaksi
(propeller) dapat mencapai putaran yang diinginkan, sementara turbin pelton dan crossflow
berputar sangat lambat (low speed) yang akan menyebabkan sistem tidak beroperasi.
TURBIN UAP
Siklus Renkine setelah diciptakan langsung diterima sebagai standar
untuk pembangkit daya yang menggunakan uap (steam ). Siklus Renkine
nyata yang digunakan dalam instalasi pembangkit daya jauh lebih rumit dari
pada siklus renkine ideal asli yang sederhana. siklus ini merupakan siklus
yang paling banyak digunakan untuk pembangkit daya listrik sekarang ini.
Oleh karena siklus Rankine merupakan sikus 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 (H2O).
Turbin Uap adalah salah satu komponen dasar dalam pembangkit listrik
tenaga uap. Dimana komponen utama dari sistem tersebut yaitu : Ketel,
kondensor, pompa air ketel, dan turbin itu sendiri. Uap yang berfungsi
sebagai fuida kerja dihasilkan oleh katel uap, yaitu suatu alat yang berfungsi
untuk mengubah air menjadi uap.
Q in
2
Wp
BOILER
3
WT
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
7
Q out
1
4
Gambar.1. Siklus rankine
Siklus ideal yang terjadi didalam turbin adalah siklus Renkine ; Air pada
siklus 1 dipompakan, kondisinya adalah isentropik
s1 = s2 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 = h4 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:
3
T
Cp
2
4
1
s
Gambar.2. Diagram Temperatur (T) – Entropi (S)
Menurut Hukum pertama Thermodinamika, kerja yang dihasilkan oleh
suatu proses siklus adalah sama dengan Jumlah Perpindahan Kalor pada fuida
kerja selama proses siklus tersebut berlangsung. Jadi untuk proses Siklus
1 – 2 – 2’ – 3 – 3’ – 4 – 1
Dengan rumus:
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
8
W = T dS
W = Kerja per satuan berat fuida kerja
Ds = Luas 1 – 2 - 2 – 2’ – 3 – 4 - 1 pada diagaram ( T – s )
Dalam kenyataan Siklus sistem Turbin Uap menyimpang dari Siklus
Ideal (Siklus Rankine ) antara lain karena faktor tersebut dibawah ini :
1. Kerugian dalam pipa atau saluran fluida kerja, misalnya kerugian
gesekan dan kerugian kalor ke atmosfer disekitarnya .
2. Kerugian tekanan dalam ketel uap
3. Kerugian energi didalam turbin karena adanya gesekan pada fuida
kerja dan bagian-bagian dari turbin.
PRINSIP KERJA TURBIN UAP
Secara singkat prinsip kerja turbin uap adalah sebagai berikut :
Uap masuk kedalam turbin melalui nosel. Didalam 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 meninggalkn sudu turbin
berarti hanya sebagian yang energi kinetis dari uap yang diambil oleh
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
9
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 efisiensi turbin
menjadi lebih tinggi karena kehilangan energi relatif kecil.
KLASIFIKASI TURBIN UAP
Turbin Uap dapat diklasifkasikan menjadi beberapa kategori yang
berbeda berdasarkan pada konstruksinya, prinsip kerjanya dan menurut
peoses penurunan tekanan uap sebagai berikut:
Klasifiasi Turbiie bierdasariae Priesip Kerjaeaa
1.
Turbin Impulse
Turbin impuls atau turbin tahapan impuls adalah turbin sederhana
berrotor satu atau banyak (gabungan ) yang mempunyai sudu-sudu pada
rotor itu. Sudu biasanya simetris dan mempunyai sudut masuk dan
sudut keluar.
Turbin satu tahap.
Turbin impuls gabungan.
Turbin impuls gabungan kecepatan.
Ciri-ciri dari turbin impuls antara lain:
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
10
-
Proses pengembangan uap / penurunan tekanan seluruhnya terjadi pada
sudu diam / nosel.
-
Akibat tekanan dalam turbin sama sehingga disebut dengan Tekanan Rata.
2.
Turbin Reaksi
Turbin reaksi mempunyai tiga tahap, yaitu masing-masingnya terdiri
dari baris sudu tetap dan dua baris sudu gerak. Sudu bergerrak turbin
reaksi dapat dibedakan dengan mudah dari sudu impuls karena tidak
simetris, karena berfungsi sebagai nossel bentuknya sama dengan sudu
tetap walaupun arahnya lengkungnya berlawanan.
Ciri-ciri turbin ini adalah :
-
Penurunan tekanan uap sebagian terjadi di Nosel dan Sudu Gerak
-
Adanya perbedaan tekanan didalam turbin sehingga disebut Tekanan
Bertingkat.
Klasifiasi Turbiie Uap Berdasariae Pada Tiegiar Peeurueae Teiaeae
Dalam Turbiie
Turbin Tunggal ( Single Stage )
Dengan kecepatan satu tingkat atau lebih turbin ini cocok untuk untuk
daya kecil, misalnya penggerak kompresor, blower, dll.
Turbin Bertingkat (Aksi dan Reaksi ).
Disini sudu-sudu turbin dibuat bertingkat, biasanya cocok untuk daya
besar. Pada turbin bertingkat terdapat deretan sudu 2 atau lebih.
Sehingga turbin tersebut terjadi distribusi kecepatan / tekanan.
Klasifiasi Turbiie Berdasariae Prsses Peeurueae Teiaeae Uap
Turbin Kondensasi.
Tekanan keluar turbin kurang dari 1 atm dan dimasukkan kedalam
kompresor.
Turbin Tekanan Lawan.
Apabila tekanan sisi keluar turbin masih besar dari 1 atm
sehingga
masih dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin lain.
Turbin Ekstraksi.
Didalam turbin ini sebagian uap dalam turbin diekstraksi untuk roses
pemanasan lain, misalnya proses industri.
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
11
073.13.115-Teuku M. Iqbal |
12