ANALISIS PENYEBAB UTAMA KERUSAKAN
PENGANTAR TURBIN UAP
12Sejarah Turbin UapIde awal turbin uap ada sejak Hero pada
tahun 62 masehi, namun masih berbentuk mainan dan belum
menghasilkan daya poros.
Giovan Branca pernah memperkenalkan rancangan turbin impuls
tahun 1629 tetapi tidak pernah dibuat.
Turbin yang pertama dibuat oleh William Avery (Amerika Serikat)
pada tahun 1831 untuk menggerakkan mesin gergaji. Sejarah Turbin
UapTurbin Uap modern pertama kali dibuat oleh Charles Parsons
(Inggris) pada tahun 1884, jenis turbin reaksi, turbin aksial,
bertingkat dan menghasilkan daya poros 10hp pada 18.000 rpm.
Selanjutnya dia berhasill membuat turbin radial aliran keluar
pada tahun 1897 yang dapat menghasilkan 2000hp pada 2000 rpm,
digunakan untuk propulsi kapal laut.Sejarah Turbin UapSelanjutnya
Charles G. Curtis mengembangkan turbin impuls kecepatan bertingkat
pada tahun 1896; juga Carl Gustav Patrik de Laval pada tahun 1897
membuat turbin impuls dengan putaran 30.000 rpm. Sedangkan di
Perancis, Auguste Rateau membuat turbin impuls aksial tekanan
bertingkat pada tahun 1900.
Kemudian tahun 1912 Berger Ljungstrom (Swedia) memperkenalkan
turbin radial-aliran keluar, bertingkat dan putaran berlawanan.
Sejarah Turbin UapTurbin uap industri dengan daya besar baru
dapat diproduksi setelah tahun 1958. Saat itu telah dapat dibuat
turbin uap dengan daya poros efektif lebih dari 500 MW, hal ini
terjadi karena kemajuan teknologi material turbin yang pesat.
Sistem Turbin Uap
Sistem Turbin UapSkema sebuah turbin uap dapat dilihat pada
gambar diatas. Sistem tersebut terdiri dari beberapa komponen
utama, yaitu : ketel (boiler), turbin uap yang menghasilkan daya
poros, kondensor dan pompa air boiler.
Jadi turbin hanyalah merupakan salah satu komponen dari suatu
sistem tenaga uap. Uap yang berfungsi sebagai fluida kerja turbin
dihasilkan oleh ketel uap (boiler), sebuah alat yang berfungsi
mengubah air menjadi uap.
Boiler (Ketel Uap)Boiler (ketel uap) merupakan komponen yang
berfungsi merubah air menjadi uap dengan memanfaatkan energi panas
yang berasal dari hasil pembakaran bahan bakar yang dapat berupa
gas (LNG, LPG), cair (Solar, minyak tanah), maupun padat (Batu
bara, kayu, sekam,dll).
Air bertekanan tinggi dipompa masuk kedalam boiler dan kemudian
dipanaskan hingga berubah fasa menjadi uap. Untuk industri proses
umumnya uap tersebut bisa langsung dimanfaatkan, namun untuk
aplikasi turbin uap tersebut akan di panaskan lanjut hingga
mencapai uap sempurna dalam kondisi superheated.Boiler (Ketel Uap)
Klasifikasi ketel berdasarkan fungsinya: Ketel untuk industri
proses : kimia, pupuk, kertas/pulp, tekstil, makanan &
obat-obatan, industri perkebunan (gula, kopi, teh, coklat),
industri rumah tangga, dll.Ketel untuk industri jasa : hotel, rumah
sakit, dll.Ketel untuk pembangkit : PLTU
Boiler (Ketel Uap) Klasifikasi ketel menurut konstruksinya:
Ketel pipa api (fire tube boiler, FT boiler) Ketel pipa air (water
tube boiler, WT boiler)
Boiler (Ketel Uap) Ketel lorong api (locomotive boiler)
Boiler (Ketel Uap) Atmospheric Circulating Fluidized Bed
Combustion (CFBC) Boiler
(Thermax Babcock & Wilcox Ltd, 2001)
Solids lifted from bed, rise, return to bedSteam generation in
convection sectionBenefits: more economical, better space
utilization and efficient combustionBoiler (Ketel Uap) Klasifikasi
ketel berdasarkan tekanan kerjanya: Ketel tekanan rendah (P < 20
bar) Ketel tekanan sedang, (20 bar < P < 50 bar) ketel
tekanan tinggi (50 bar < P < 200 bar) Ketel tekanan sangat
tinggi, (P > 200 bar)
1 bar = 1 kg/cm2 = 105 Pa = 0,1 MPa1 bar = 14,5 Psi
Boiler (Ketel Uap) Klasifikasi ketel berdasarkan produksi
uapnya: Ketel produksi kecil (m < 10 ton/jam) Ketel produksi
sedang (10 < m < 50 ton/jam) Ketel produksi besar (50 < m
< 500 ton/jam) Ketel produksi sangat besar (m > 500
ton/jam)
Boiler (Ketel Uap) Klasifikasi ketel berdasarkan posisinya:
Ketel horisontal Ketel vertikal
Klasifikasi ketel berdasarkan sisrkulasi air- uap Ketel
biasa/alam Ketel superkritis
Boiler (Ketel Uap)BURNERWATER SOURCEBRINESOFTENERSCHEMICAL
FEEDFUELBLOW DOWN SEPARATORVENTVENTEXHAUST GASSTEAM TO
PROCESSSTACKDEAERATORPUMPSBOILERECO-NOMI-ZERSISTEM INSTALASI
BOILER
SISTEM INSTALASI BOILER BOILER
Boiler untukKebutuhan air panas hotelBoiler untukkebutuhan air
panas rumah sakitBOILER
Boiler untukkebutuhan air panas Boiler untukkebutuhan air panas
BOILER
Boiler untukkebutuhan air panas rumah sakitBoiler
untukpembangkitBOILER
Boiler untukpembangkitBoiler untukindustri prosesTurbinUap panas
bertekanan tinggi yang dihasilkan oleh boiler selanjutnya akan
masuk ke komponen turbin. Turbin merupakan komponen yang merubah
energi panas dan tekanan uap menjadi energi mekanis berupa daya
poros.
Turbin uap dapat merupakan turbin impuls atau turbin
reaksiTurbinTurbin impuls adalah turbin dimana proses ekspansi
(penurunan tekanan) fluida kerjanya hanya terjadi didalam baris
sudu tetap (stator) saja.
Sedangkan turbin reaksi adalah turbin dimana proses ekspansi
fluida kerjanya terjadi baik didalam baris sudu tetap (stator)
maupun baris sudu geraknya (rotor).Turbin ImpulsTurbin impuls dapat
merupakan turbin impuls sederhana (bertingkat tunggal) atau turbin
impuls kecepatan bertingkat (turbin curtis) atau turbin impuls
tekanan bertingkat (turbin Rateau).
Satu tingkat turbin terdiri dari satu baris sudu tetap (stator)
yang berbentuk nosel dan satu baris sudu gerak (rotor) yang akan
merubah energi uap menjadi energi mekanis beupa daya poros.
Turbin ImpulsKecepatan uap naik karena nosel adalah alat yang
berfungsi menaikkan kecepatan uap. Setelah itu uap mengalir kedalam
baris sudu gerak pada tekanan konstan, tetapi kecepatan absolutnya
turun karena energi kinetik uap diubah menjadi kerja memutarkan
roda turbin. Uap yang keluar dari turbin masih berkecepatan tinggi,
jadi masih mengandung energi.
Untuk mencegah kerugian energi yang terlalu besar adalah dengan
mengekspansikan uap secara bertahap didalam turbin yang bertingkat
ganda atau lebih, sehingga energi fluida kerja yang tidak terserap
oleh suatu baris sudu gerak masih dapat diserap oleh baris sudu
pada tingkat berikutnya.Turbin Impuls Kecepatan Bertingkat
Turbin Impuls Kecepatan BertingkatGambar diatas melukiskan
perubahan tekanan dan kecepatan absolut dari uap didalam turbin
impuls kecepatan bertingkat. Dalam hal tersebut, uap hanya
diekspansikan didalam nosel (baris sudu tetap yang pertama) dan
selanjutnya tekanan konstan. Namun demikian, turbin ini masih
termasuk dalam golongan turbin impuls karena didalam baris sudu
gerak tidak terjadi ekspansi (penurunan tekanan).
Meskipun tekanan uap didalam sudu gerak konstan, kecepatan
absolut turun karena sebagian dari energi uap diubah menjadi kerja
memutar roda turbin. Kecepatan uap didalam baris sudu tetap
berikutnya tidak naik karena tekanannya konstan. Hal tersebut
disebabkan sudu tetap dibuat sedemikian rupa sehingga tidak terjadi
ekspansi.Turbin Impuls Tekanan Bertingkat
Turbin Impuls Tekanan BertingkatPada turbin impuls tekanan
bertingkat terlihat bahwa tekanan uap turun secara bertahap didalam
baris sudu tetap saja, sedang didalam baris sudu gerak tidak
terjadi penurunan tekanan, sehingga masuk dalam kategori turbin
impuls.
Semua baris sudu tetap berfungsi sebagai nosel, jadi disini
kecepatan uap naik karena tekanan turun. Dengan mengekspansi uap
secara bertahap, maka turbin akan bekerja dengan kecepatan absolut
uap yang tidak terlampau besar, sehingga kerugian gesek pada sudu
turbin akan berkurang sehingga memperpanjang umur komponen turbin
tersebut.Turbin Impuls Tekanan dan Kecepatan Bertingkat
Turbin Impuls Tekanan dan Kecepatan Bertingkat Dalam beberapa
hal sebuah turbin dapat pula terdiri dari kombinasi baris sudu
impuls kecepatan bertingkat dan tekanan bertingkat seperti terlihat
pada gambar diatas. Hal tersebut ditujukan untuk memperoleh segi
yang menguntungkan dari kedua jenis turbin tersebut, salah satu
alasannya adalah untuk mendapatkan unit yang lebih kompak dan
murah.
Selain itu, baris sudu Curtis dipasang dipasang didepan baris
sudu Rateau supaya tekanan uap dapat segera diturunkan pada tingkat
pertama, untuk melindungi rumah turbin dan rotor terhadap tekanan
dan temperatur tinggi. Turbin ReaksiDidalam turbin reaksi, proses
ekspansi (penurunan tekanan) terjadi baik didalam baris sudu tetap
maupun sudu gerak. Turbin reaksi juga dikenal dengan nama turbin
Parsons sesuai dengan nama pembuatnya yang pertama, yaitu Sir
Charles Parsons.
Turbin impuls cocok untuk turbin dengan aplikasi tekanan tinggi
sedangkan turbin reaksi cocok untuk turbin dengan aplikasi tekanan
yang relatif rendah. Pada beberapa turbin bertekanan tinggi
mengkombinasikan turbin impuls dan turbin reaksi. Turbin impuls
diletakkan dibagian depan karena tekanan masih tinggi dan turbin
reaksi diletakkan setelah turbin impuls karena tekanan sudah
diturunkan di turbin impuls pada tahap sebelumnya.Turbin Reaksi
Kombinasi Turbin Impuls dan Turbin Reaksi
Konstruksi Turbin Uap Konstruksi Turbin UapPenggerak pompa oli
utama dan regulator.Bantalan tekan dan bantalan dukung rotor
turbinTabung paking porosKelompok turbin tekanan tinggi : turbin
curtis 2 tingkatKelompok turbin tekanan menengah : 11
tingkatKelompok turbin tekanan rendah : 4 tingkatSaluran uap
tekanan tinggi untuk labirinth sealTabung paking turbin tingkat
tekanan rendahBantalan dukung penghantarKopling turbin uap dan
generatorBantalan dukung generator
Konstruksi Turbin UapRegulator.Rumah bantalanCerobong uap tabung
paking bagian tekanan tinggiKatup pengatur laju aliran massa
uapRumah katupRumah turbin tekanan tinggiPelat pembungkusCerobong
uap tabung paking tingkat tekanan rendahSaluran uap bekasRumah
bantalanGeneratorKondensorKondensor merupakan komponen yang
berfungsi mengembalikan wujud uap yang keluar dari turbin agar
kembali ke wujud cair sehingga dapat dinaikkan tekanannya oleh
pompa.
Kondensor merupakan Heat Exchanger atau penukar kalor yang akan
merubah fasa uap menjadi cair dengan cara menyerap panas uap
mengunakan sirkulasi air dingin seperti diperlihatkan gambar
berikut ini :
KondensorFluida panas akan melepaskan kalor dan diserap oleh
fluida dingin dan membawa panas / kalor keluar sistem. Untuk
Kondensor dengan ukuran besar umumnya dilengkapi dengan menara
pendingin (cooling tower) agar proses penyerapan panas bisa lebih
efektif.
PompaPompa merupakan komponen yang berfungsi mengalirkan dan
menaikkan tekanan air yang keluar dari kondensor agar masuk kedalam
boiler dalam tekanan tinggi.
Pompa merubah kerja mekanis menjadi energi fluida (tekanan dan
debit aliran), sehingga membutuhkan energi dari luar untuk
mengoperasikannya.Pompa
Pompa
Pompa Sentrifugal
Terimakasih48
