Jenis Turbin Pada Pembangkit

Pengertian Turbin 

Turbin dalam istilah umum merupakan perangkat yang mengekstraksi dengan mekanis dari fluida umumnya mengubahnya menjadi energi putar dari roda turbin. Terdapat cairan yang biasanya disebut dengan “turbin hidrolik” atau “hydroturbine”. Dalam bentuk gas, biasanya disebut dengan “turbin angin”, “turbin gas”, atau “turbin uap” tergantung pada jenis gas yang digunakan.

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.

Turbin bekerja dengan dua cara, yaitu turbin Air dan turbin Uap. Turbin air adalah alat untuk mengubah energi potensial air menjadi energi mekanik, sedangkan turbin uap adalah proses pendidihan diperlukan energi panas yang diperoleh dari sumber panas, misalnya dari pembakaran bahan bakar (padat, cair dan gas) serta tenaga listrik dan gas panas sebagai sisa proses kimia serta tenaga nuklir.

Menurut teori James Watt, uap adalah suatu media yang elastic, dapat mengembang hingga vakum. James Watt merancang mesin uap dengan silinder (tabung) dan sebuah piston (pengempa/penghisap) dengan sebuah kondensor dan sebuah pompa udara. Banyak rancangan mesin dibuat oleh James, sesudah itu, diantaranya Mesin Tuas Putar Kerja Ganda dengan di perkenalkannya mesin ini maka berubahlah gerak vertikal menjadi gerak rotasi.

 

A. Turbin air

Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik. Dalam pembangkit listrik tenaga air (PLTA) turbin air merupakan peralatan utama selain generator. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi kinetik, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi.

1. Turbin Impuls

Dalam turbin impuls, cairan bergerak cepat ditembakkan melalui nozzle sempit di pisau turbin untuk membuat mereka berputar di sekitar. Pisau dari turbin impuls biasanya berbentuk ember (Bucket) sehingga mereka menangkap cairan dan langsung turun pada suatu sudut atau kadang bahkan kembali cara itu datang (karena yang memberikan transfer energi yang paling efisien dari fluida ke turbin).

Dalam turbin impuls, fluida dipaksa untuk memukul turbin dengan kecepatan tinggi. Bayangkan mencoba membuat roda seperti ini berbalik dengan menendang bola sepak ke dalam dayung. Anda akan membutuhkan bola untuk memukul keras dan bangkit kembali dengan baik untuk mendapatkan roda berputar-dan mereka impuls energi konstan adalah kunci untuk cara kerjanya.Turbin Reaksi. Contoh turbin implus adalah turbih pleton.

2. Turbin reaksi

Dalam turbin reaksi, pisau duduk dalam volume yang jauh lebih besar dari cairan mengalir berbalik. Sebuah turbin reaksi tidak mengubah arah aliran fluida secara drastis sebagai turbin impuls: hanya berputar sebagai fluida mendorong melalui dan melewati pisau. Jika turbin impuls sedikit seperti menendang sepak bola, sebuah turbin reaksi lebih seperti berenang-secara terbalik.

Contohnya pada sepakbola Pikirkan tentang bagaimana Anda melakukan Freestyle (merangkak depan) dengan mengangkut lengan Anda melalui air, dimulai dengan setiap tangan sejauh di depan seperti yang Anda dapat mencapai dan berakhir dengan "tindak lanjut" yang melempar lengan Anda dengan baik di belakang Anda. Apa yang Anda coba capai adalah untuk menjaga tangan dan lengan Anda mendorong terhadap air selama mungkin, sehingga Anda mentransfer energi sebanyak yang Anda bisa dalam setiap stroke. Sebuah turbin reaksi menggunakan ide yang sama secara terbalik: Bayangkan air mengalir cepat bergerak melewati Anda sehingga membuat lengan dan kaki Anda bergerak dan memasok energi untuk tubuh Anda.

B. Turbin uap

Dalam ilmu turbin uap tedapat istilah katel uap, pada dasarnya terdiri dari bumbung (drum) yang tertutup pada ujung pangkalnya dan dalam perkembangannya dilengkapi dangan pipa api maupun pipa air. Banyak orang mengklasifikasikan ketel uap tergantung kepada sudut pandang masing-masing. Ketel uap diklasifikasikan dalam kelas, antara lain:

1. Berdasarkan Fluida yang mengalir dalam pipa, maka ketel diklasifikasikan sebagai :

    1) Ketel pipa api (fire tube boiler).

Pada ketel pipa api, fluida yang mengalir dalam pipa adalah gas nyala (hasil pembakaran), yang membawa energi panas (thermal energy), yang segera mentransfer ke air ketel melalui bidang pemanas (heating surface). Tujuan pipa-pipa api ini adalah untuk memudahkan distribusi panas (kalori) kepada air ketel.

    2) Ketel pipa air (water tube boiler).

Pada ketel pipa air, fluida yang mengalir dalam pipa adalah air, sedangkan di luar pipa adalah gas nyala (hasil pembakaran), yang membawa energi panas (thermal energy), yang segera mentransfer ke air ketel melalui bidang pemanas (heating surface). 

2. Berdasakan pemakaiannya, ketel dapat diklasfikasikan sebagai :

    1) Ketel stasioner (stationary boiler) atau ketel tetap.

Yang termasuk stasioner ialah ketel–ketel yang didudukkan di atas pondasi yang tetap, seperti boiler untuk pembangkit tenaga, untuk industry dan lain lain yang sepertinya.

    2) Ketel Mobil (Mobile Boiler), ketel pindah atau portable boiler.

Yang termasuk ketel mobil, ialah ketel yang dipasang pada pondasi yang berpindah-pindah (mobile), seperti boiler lokomotif, loko mobil dan ketel panjang serta lainnya yang sepertinya termasuk juga ketel kapal (marine boiler).

3. Berdasarkan letak dapur (furnace positition), ketel uap diklasifikasikan menjadi :

    1) Ketel dengan pembakaran di dalam (internally fired steam boiler)

Dalam hal ini dapur berada (pembakaran terjadi) di bagian dalam ketel. Kebanyakkan ketel pipa api memakai system ini.

    2) Ketel dengan pembakar di luar (outternally fired steam boiler)

Dalam hal ini dapur berada ( pembakaran terjadi) di bagian luar ketel, kebanyakkan ketel pipa air memakai system ini.

4. Menurut jumlah lorong (boiler tube), ketel diklasifikasikan sebagai :

    1) Ketel dengan lorong tunggal (single tube steam boiler).

Pada single tube steam boiler, hanya terdapat satu lorong saja, apakah itu lorong api atau saluran air saja. Cornish boiler adalah single file tube boiler dan simple vertikal boiler adalah water tube boiler.

    2) Ketel dengan lorong ganda (multi tubeler steam boiler).

Multi file tube boiler misalnya ketel scotch dan muti water tube boiler misalnya ketel B dan W dan lain-lain. 

5. Tergantung kepada poros tutup drum (shell), ketel diklasifikasikan sebagai :

    1) Ketel tegak (Vertikal steam boiler)

Seperti ketel Cochran, ketel Clarkson dan lain-lain sebagainya.

    2) Ketel mendatar (horizontal steam boiler)

Seperti ketel Cornish, Lancashire, Scotcth dan lain-lain.

6. Menurut bentuk dan letak pipa, ketel uap diklasifikasikan sebagai :

    1) Ketel dengan pipa lurus, bengkok dan berlekak-lekuk (straight, bent, and sinus tubeler heating suface).

    2) Ketel dengan pipa miring-datar dan miring tegak (horizontal, inclined or vertical tubeler heating suface).

7. Menurut system peredaran air ketel (water circulation), ketel uap diklasifikasikan sebagai : 

    1) Ketel dengan peredaran alam (natural circulation steam boiler).

Pada natural circulation boiler, peredaran air dalam ketel terjadi secara alami, yaitu air yang ringan naik sedang air yang berat turun, sehingga terjadilah aliran conveksi alami. Umumnya ketel beroperasi secara aliran alami, seperti ketel Lancarshire, Babcock dan Willcox dan lain-lain.

    2) Ketel dengan peredaran paksa (forred circulation steam boiler).

Pada ketel dengan aliran paksa (forred circulation steam boiler), aliran paksa diperoleh dari sebuah pompa centrifugal yang digerakkan dengan electric motor misalnya. System aliran paksa dipakai pada ketel-ketel yang bertekanan tinggi seperti La-Mont Boiler, Benson Boiler, Loeffer Boiler dan Velcan Boiler.

    3) Berdasar sumber panasnya (heat source) untuk pembuatan uap, ketel uap

dapat diklasifikasikan sebagai :

• Ketel uap dengan bahan bakar alami.
• Ketel uap dengan nahan bakar buatan
• Ketel uap dengan dapur listrik.
• Ketel uap dengan energi nuklir

Penggunaan air sebagai pengisi ketel uap, memerlukan persyaratan[1]persyaratan tertentu sehingga dengan ditaatinya persyaratan-persyaratan itu ketel lebih aman dan akibat-akibat negatif yang akan terjadi dapat dihindarkan. Persyaratan air pengisi ketel/pesawat uap pada dasarnya ditentukan oleh tipe dari pesawat dan tekanan kerjanya. Air pengisi ketel uap yang memenuhi syarat adalah air yang tidak merusak dinding ketel uap pada temperature tinggi dan tekanan tertentu. Syarat-syaratnya adalah :

• Air tidak boleh membentuk kerak/endapan yang membahayakan (pada dinding ketel saluran uap dan lain-lain).
• Air tidak boleh bersifat korosif terhadap dinding ataupun pipa-pipa dari pesawat uapnya.
• Air tidak boleh menimbulkan terjadinya proses-proses pembusaan, priming dan carry over.
• Air tidak boleh menyebabkan dinding ketel menjadi rapuh (caustic embrittlement).

Satuan- satuan air ketel :

• ppm = part per million = mg/1
• epm = aquivalen per million = ppm / berat aquivalen
• GPG = Grains per US Gallen = GPG x 17,1 = ppm
• Pounds per 1000 gallon = 1 b per 1000 gal x 12 = ppm
• Gram per liter = g per liter : 1000 = ppm 

Siklus thermodinamika pembangkit uap, siklus ideal (siklus rankin)

Proses thermodinamika Siklus Ideal Rankin :

1-2 Proses kompresi adiabatis berlangsung pada pompa

2-3 Proses pemasukan panas pada tekanan konstan terjadi boiler

3-4 Proses ekspansi adiabatis berlangsung pada turbin uap

4-1 Prose pengeluaran panas pada tekanan konstan pada kondensor.

Fluida kerja berupa air jenuh dari kondensor dikompresi di pompa sampai masuk boiler. Dari proses kompresi pada pompa terjadi kenaikan temperatur T1 ke T2 kemudian di dalam boiler air dipanaskan dari T2 ke T3. Sumber energi panas (q masuk) berasal dari proses pembakaran bahan bakar. Uap panas masuk turbin dan berekspansi sehingga temperatur dan tekanan turun (T3~T4). Selama proses ekspansi pada turbin terjadi perubahan dari energi fluida menjadi energi mekanik pada sudu-sudu dan menghasilkan putaran poros turbin. Uap yang ke luar dari turbin kemudian dikondensasi (pendinginan) pada kondensor sehingga sebagian besar uap air menjadi mengembun, kemudian siklus berulang lagi.

Dalam siklus rankine terdapat penyimpangan siklus aktual dari siklus ideal disebabkan karena beberapa faktor seperti gesekan fluida, kerugian panas, dan kebocoran uap. Gesekan fluida mengakibatkan tekanan jatuh pada banyak perlatan seperti boiler, kondensor dan di pipa-pipa yang menghubungkan banyak peralatan. Tekanan jatuh yang besar pada boiler mengkibatkan pompa membutuhkan tenaga yang lebih untuk mempompa air ke boiler. Tekanan jatuh juga mengakibatkan tekanan uap dari boiler ke turbin menjadi lebih rendah sehingga kerja turbin tidak maksimal. Kerugian energi panas juga banyak terjadi pada peralatan. Pada turbin karena proses ekspansi uap panas pada sudu-sudu dan rumah turbin banyak kehilangan panas. Kebocoran uap juga mengibatkan kerugian yang tidak dapat diremehkan. biasanya terjadi di dalam turbin. Karena sebab-sebab tersebut mengakibatkan efisiensi menjadi turun.

Previous

Next