TURBIN
1. Power turbin
Turbin adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari aliran fluida. Turbin sederhana memiliki satu bagian yang bergerak, "asembli rotor-blade". Fluida yang bergerak menjadikan baling-baling berputar dan menghasilkan energi untuk menggerakkan rotor. Contoh turbin awal adalah kincir angin dan roda air.
Sebuah turbin yang bekerja terbalik disebut kompresor atau pompa turbo.
Turbin gas, uap dan air biasanya memiliki "casing" sekitar baling-baling yang memfokus dan mengontrol fluid. "Casing" dan baling-baling mungkin memiliki geometri variabel yang dapat membuat operasi efisien untuk beberapa kondisi aliran fluid.
Energi diperoleh dalam bentuk tenaga "shaft" berputar.
Penggunaan turbin
Penggunaan paling umum dari turbin adalah pemroduksian tenaga listrik. Hampir seluruh tenaga listrik diproduksi menggunakan turbin dari jenis tertentu.Turbin kadangkala merupakan bagian dari mesin yang lebih besar. Sebuah turbin gas, sebagai contoh, dapat menunjuk ke mesin pembakaran dalam yang berisi sebuah turbin, kompresor, "kombustor", dan alternator.
Turbin berfungsi mengubah energi potensial fluida menjadi energi mekanik yangkemudian diubah lagi menjadi energi listrik pada generator. Komponen-komponenturbin yang penting adalh sebagai berikut;
1. Sudu pengarah
biasanya bisa diatur untuk mengontrol kapasitas aliran yangmasuk turbin
2. Roda jalan
atau runner turbin, pada bagian ini terjadi peralihan ari energipotensial fluida menjadi energi mekanik
3. Poros turbin
pada poros turbin terdapat runner dan ditumpu dengan
4. bantalan radial dan bantalan axial
5. Rumah turbin,
biasanya berbentuk keong atau spiral, berfungsi untukmengarahkan aliran masuk sudu pengarah
6. Pipa hisap, mengalirkan air yang keluar turbin ke saluran luar
Turbin dapat memiliki kepadatan tenaga ("power density") yang luar biasa (berbanding dengan volume dan beratnya). Ini karena kemampuan mereka beroperasi pada kecepatan sangat tinggi. Mesin utama dari Space Shuttle menggunakan turbopumps (mesin yang terdiri dari sebuah pompa yang didorong oleh sebuah mesin turbin) untuk memberikan propellant (oksig n cair dan hidrogen cair) ke ruang pembakaran mesin. Turbopump hidrogen cair ini sedikit lebih besar dari mesin mobil dan memproduksi 70.000 hp (52,2 MW).
· Jenisturbinmenurutbentukblade terdiridari
- TurbinImpuls(aksi)
- Turbinreaksi
· Jenisturbinmenurutbanyaknyasilinder
- Single cylinder
- Multi cylinder
· Jenisturbinmenurutarahaliranuap
- Single flow
- Double flow
Turbin atau expander adalah high rotating device ( alat yang berputar dengan kecepatan tinggi ) yang digunakan untuk menghasilkan energi atau dapat juga sebagai penggerak ( drive ) kompressor maupun pompa. Turbin menggunakan energi yang umumnya bersumberkan pada gas – gas tekanan tinggi maupun gas - gas dengan temperature tinggi ( seperti pada proses pembakaran , combustion ). Gas – gas bertekanan dan bertemperature tinggi tersebut melewati nosel sehingga dihasilkan aliran dengan kecepatan tinggi , aliran tersebut menabrak atau menumbuk blade ( bilah ) yang terdapat pada poros yang berputar ( rotating shaft ) sehingga kerja poros ( shaft work ) dihasilkan. Turbin dapat terdiri dari dua jenis, yaitu turbin dengan aliran radial dan axial. Turbin dengan aliran radial digunakan untuk laju alir ( aliran working fluid ) rendah dan dengan perbedaaan tekanan ( difference pressure ) tinggi sementara turbin dengan aliran axial digunakan untuk laju alir tinggi dan dengan perbedaan tekanan rendah ( 1 – 40 bar ). Jika working fluid atau fluida kerja yang digunakan adalah steam, maka disebut dengan steam turbin, jika working fluid yang digunakan adalah gas bertekanan tinggi maka disebut dengan expander. Bila diklasifikasikan berdasarkan suplai steam dan kondisi output /keluaran ( exhaust ) maka , steam turbin dapat dibagi menjadi 4 yaitu : Condensing Turbin, turbin jenis ini umumnya digunakan untuk mengerakkan generator pada power plant, tekanan keluaran ( exhaust pressure ) dari turbin ini kurang dari tekanan atmosferik Non Condensing Turbin atau Backpressure Turbin, turbin jenis ini banyak digunakan pada industri – industri proses , tekanan keluaran dari turbin ini dikontrol sesuai dengan tekanan proses yang diinginkan , steam ini digunakan sebagai media pemanas Reheat Condensing Turbin, jenis ini banyak dijumpai pada power plant, dimana steam dengan tekanan tinggi ( high pressure , HP Steam ) dikembalikan ke proses pemanasan ( boiler) sehingga temperature steam dapat ditingkatkan lagi. Extraction and Induction Turbin, pada jenis turbin ini, steam diekstraksi dari titik tertentu dari steam turbin dan steam digunakan untuk proses ( proses stream ), sedangkan pada Induction turbin, steam di masukkan ( introduced ) pada bagian tengah atau intermediate turbin untuk menghasilkan energi tambahan. Steam yang diekstraksi dapat digunakan sebagai media pemanas pada feedwater heaters Output dari steam turbin dapat terdiri dari satu fase maupun dua fase, untuk output dua fase atau condensing biasanya fraksi uap yang terbentuk antara 0.8 – 0.9 , pembentukan liquid yang terlalu banyak akan menyebabkan erosi pada blade turbin. Persamaan energi balance turbin dapat diturunkan dari hukum pertama thermodinamika untuk steady state yaitu : ΔH + + gΔz = Q + Ws Asumsi yang digunakan adalah : Energi kinetik dan potensial diabaikan Adiabatik, asumsi ini cukup beralasan mengingat luas perpindahan panas turbin yang kecil serta waktu yang dibutuhkan oleh fluida kerja untuk melewati turbin cukup singkat.
2. Efisiensi turbin
Effisiensi adalah indikator keberhasilan sistem turbin mendekati proses ideal. Dengan kata lain, Effisiensi merupakan parameter yang menyatakan derajat keberhasilan komponen atau sistem turbin mendekati desain atau proses ideal.
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI EFISIENSI TURBIN
Faktor Penyebab
Besarnya kerugian didalam turbin akan mempengaruhi efisiensinya.Kerugian yang besar berarti efisiensinya rendah.
Faktor-faktor penyebab kerugian didalam turbin diantaranya :
- KerugianpadaKatupGovernor.
- KerugianpadaNosel(Nozzle Loss).
- KerugianpadaMoving Blades.
- Kerugianpadauapmeninggalkanmoving blades (Leaving Velocity/Carry Over Loss).
- KerugianGesekan.
- KerugianCelah(Clearance Loss).
- Kerugianakibatkebasahanuap.
- Kerugian akibat kecepatan uap keluar turbin.
- Kerugianluar(External Loss).
3. Gas turbin
Turbin gas adalah suatu penggerak mula yang memanfaatkan gas sebagai fluida
kerja. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik berupa putaran yang menggerakkan roda turbin sehingga menghasilkan daya. Bagian turbin yang berputar disebut rotor atau roda turbin dan bagian turbin yang diam disebut stator atau rumah turbin. Rotor memutar poros daya yang menggerakkan beban (generator listrik, pompa,kompresor atau yang lainnya)
kerja. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik berupa putaran yang menggerakkan roda turbin sehingga menghasilkan daya. Bagian turbin yang berputar disebut rotor atau roda turbin dan bagian turbin yang diam disebut stator atau rumah turbin. Rotor memutar poros daya yang menggerakkan beban (generator listrik, pompa,kompresor atau yang lainnya)
Turbin gas merupakan salah satu komponen dari suatu sistem turbin gas. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor,ruang bakar dan turbin gas.
Turbin gas adalah turbin dengan gas sebagai fluida kerjanya gas diperoleh dari pembakaran bahan bakar cair yang mudah terbakar. System turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen utama, yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin, yang disusun menjadi system yang kompak.
Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas
Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor ini
berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, akibatnya temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara yang telah dikompresi ini masuk kedalam ruang bakar.
berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, akibatnya temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara yang telah dikompresi ini masuk kedalam ruang bakar.
Di dalam ruang bakar disemprotkan bahan bakar sehingga bercampur dengan udara
tadi dan menyebabkan proses pembakaran.
tadi dan menyebabkan proses pembakaran.
Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust).
Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistim turbine gas adalah sebagai berikut:
1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan
2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan kedalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.
3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel(nozzle).
4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan.
Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugian-
kerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnya performansi turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas.
kerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnya performansi turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas.
Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:
· Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure losses) di ruang bakar.
· Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.
· Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.
· Adanya mechanical loss, dsb.
4.Sistem distribusi steam
Sistim distribusi steammerupakan hubungan penting antara pembangkit steam dan pengguna steam. Terdapat berbagai macam metoda untuk membawa steam dari p usat sumber ke titik penggunaan. Pusat sumber mungkin berupa ruang boiler atau pengeluaran dari plant kogenerasi. Boiler dapat menggunakanbahan bakar primer, atau boiler limbah panas yang menggunakan gas buang dari proses bersuhu tinggi, mesin- mesin atau bahkan insinerator. Apapun sumbernya, sistim distribusi steam yang efisien adalah penting untuk pemasokan steam dengan kualitas dan tekanan yang benar ke peralatanyang menggunakan steam. Pemasangan dan perawatan sistim steammerupakan hal penting dan harus sudah dipertimbangkan mulai tahap perancangan.
Ketika steam mengembun didalam proses, kondensat dialirankan kembali kedalam pipa suplai air boiler. Kondensat memiliki volum yang sangat kecil dibandingkan dengan steam, dan hal ini menyebabkan penurunan tekanan, yang me mbuat steam mengalir melalui pipa-pipa.
Steam yang dihasilkan pada boiler harus dibawa melalui pipa kerja ke titik dimana energi panasnya diperlukan. Pada awalnya hanya terdapat satu at au lebih pipa utama, atau ‘saluran pipa steam’, yang membawa steam dari boiler kearah plant yang menggunakan steam. Pipa-pipa cabang yang lebih kecil membawa steam ke masing- masing peralatan.
Ketika kran isolasiboiler utama (kadangkala disebut kran ‘mahkota’) dibuka, steam dengan segera melintas dari boiler menuju dan sepanjang saluran pipa steam ke titik pada tekanan rendah. Pipa kerja pada mulanya lebih dingin daripada steam, sesampai panas dipindahkan dari steam ke pipa. Udara disekitar pipa-pipa juga sebelumnya lebih dingin dari steam,kemudian pipa kerja akan mulai memindahkan panas steam ke udara.
Distribusi tekanansteam dipengaruhi oleh sejumlah faktor, dan dibatasi oleh:
· Tekanan kerja maksimumyang aman bagi boiler
· Tekananminimum yang diperlukan pada plant
Ketika steam melewati pipa distribusi, maka steam tidak dapat menghindari kehilangan tekanannya karena :
· Tahanan gesekan/ friksi didalam pipa.
· Kondensasi/pengembunan yang terjadi didalam pipa ketika panas dipindahkan ke lingkungan.
Oleh karenaitu pada saat menentukan tekanan distribusi harus ada kelonggaran untuk kehilangantekanan ini. Satu kilogramsteam pada tekanan yang lebih tinggi mempunyai volum lebih kecil dari pada pada tekanan rendah. Jadi, jika steam dibangkitkan dalam boiler pada tekanantinggi dan didistribusikan pada tekanan yang tinggi pula, maka ukuran saluranpipa distribusi akan menjadi lebih kecil. Pembangkitan dan pendistribusian steam pada tekanan tinggi memberikan tiga keuntungan yang cukup penting:
- Kapasitas penyimpanan panas pada boiler meningkat, membantu boiler lebih efisien dalam menangani bebanyang berfluktuasi, meminimalkan resiko terbentuknya steam basah dan kotor.
- Diperluka n saluran pipa steam yang lebih kecil, sehingga biaya investasinya untuk pipa, flens , bahan penunjang, bahan isolasi dan buruh lebih rendah.
- Saluran pipa steam yang lebih kecil berarti biaya isolasi lebih rendah.
Pada sistim distribusi tekanan tinggi, d iperlukan penurunan tekanan steam pada setiap zona atau titik penggunaan pada sistim untuk menyesuaikan dengan tekanan maksimum yang diperlukan penggunanya. Penurunan tekanan tersebut juga akan menghasilkan steam yang lebih kering pada titik penggunaan.
Komponen penting pada sistim distribusi akan d ijelaskan pada bagian berikut :
- Pipa-pipa
- Titik pengeluaran
- Jalur cabang
- Saringan/ strainers
- Saringan/ filters
- Pemisah/ separator
- Steam traps
- Ventilasi udara
5. Steam
Steam merupakan bagian penting dan tidak terpisahkan dari teknologi modern. Tanpa steam, maka industri makanan kita, tekstil, bahan kimia, bahan kedokteran,daya, pemanasan dan transportasi tidak akan ada atau muncul seperti sekarang ini. steam memberikan suatu cara pemindahan sejumlah energi yang terkendali dari suatu pusat, ruang boiler yang otomatis, dimana energi dapat dihasilkan secara efisien dan ekonomis, sampai ketitik penggunaan. Steam yang bergerak mengelilingi pabrik dianggap sama dengan transportasi danpenyediaan energi. untuk beberapa alasan, steam digunakan untuk membawa energi panas. Penggunaanya terkenal diseluruh industri untuk pekerjaan yang luas dari produksi daya mekanis sampai penggunaan proses danpemanasan ruangan.
Alasan dari penggunaan Steam adalah :
· Steam dapat dengan mudah dan murah untuk didistribusikan ke titik penggunaan
· Steam mudah dikendalikan
· Energinya mudah ditransfer ke proses
· Plant steam yang modern mudah untuk dikendalikan
· Steam bersifat fleksibel
Dengan meningkatnya suhu dan air mendekati kondisi didihnya, beberapa molekul mendapatkan energi kinetik yang cukup untuk mencapai kecepatan yang membuatnya sewaktu-waktu lepas dari cairan ke ruang diatas permukaan, sebelum jatuh kembali ke cairan. Pemanasan lebih lanjut menyebabkan eksitasi lebih besar dan sejumlah molekul dengan energi cukup untuk meninggalkan cairan jadi meningkat.
Dengan mempertimbangkan struktur molekul cairan dan uap, masuk akal bahwa steam lebih kecil dari air, sebab molekul steam terpisah jauh satu dengan yang lainnya. Ruang yang secara tiba-tiba terjadi diatas permukaan air menjadi terisih dengan molekul steam yang kurang padat.
Jika jumlah molekul yang meninggalkan permukaan cairan lebih besar dari yang masuk kembali, maka air menguap dengan bebasnya. Pada titik ini air telah mencapai titik didihnya atau suhu jenuhnya, yang dijenuhkan oleh energi panas. Jika tekanannya tetap, penambahan lebih banyak panas tidak mengakibatkan kenaikan suhu lebih lanjut namun menyebabkan air membentuk steam jenuh. Suhu air mendidih dengan steam jenuh dalam sistem yang sama adalah sama, akan tetapi energi panas per satuan massanya lebih besar pada steam. Pada tekanan atmosfir suhu jenuhnya adalah 1000C. Tetapi, jika tekanannya bertambah, maka akan ada penambahan lebih banyak panas yang peningkatan suhu tanpa perubahan fase. Oleh karena itu, kenaikan tekanan secara efektif akan meningkatkan energi air dan suhu jenuh. Hubungan antara suhu jenuh dan tekanan dikenal sebagai kurva steam jenuh.
6. Power balance
Heat / power Balance (kesetaraan Kalor) adalah keseteraan massa dan energi dalam keadaan steady state dalam sebuah proses. Semua aliran massa masuk dan keluar proses harus setara, dan semua energi masuk dan keluar batas proses harus diperhitungkan sebagai panas atau kerja.
Heat / power balance merupakan salah satu alat untuk menilai unjuk kerja suatu pembangkit.
Heat / power balance dapat disiapkan dari detail yang sederhana sehingga yang paling kompleks, tergantung dari kebutuhan dan tingkatan desain.
Ruang Lingkup Power Balance :
1. Heat / powerBalance Siklus Turbin
Batas prosesuntuk heat balancesiklus turbin adalah sekitar turbin dan siklus air pengisi ketel (feedwater) dan uap yang masuk dan keluar batas proses dengan kondisi uap tetap pada saat keluar dan masuk turbin. Jadi perubahan kondisi uap antara ketel dan turbin dianggap diluar siklus turbin.Make up dianggap aliran luar masuk kedalam siklus turbin.
2. Plant Heat / power Balance (Kesetaraan Kalor Pembangkit)
Batas heat balance plant secara harfiah dapat didefinisikan dalam garis plant.Pada prakteknya, batas ini biasanya digambarkan untuk seluruhproses konversi energi mulai dari hantaran bahan bakar (fuel delivery ) hngga ekspor energi listrik dan energi listrik dan energi lainnya.
