Upload
agung-nugroho
View
421
Download
28
Embed Size (px)
Citation preview
7/25/2019 TUGAS MAKALAH TURBIN UAP & GAS.doc
1/16
TUGAS
MAKALAH TURBIN UAP & GAS
Oleh :
NAMA : AGUNG NUGROHO
NIM : 111.03.1051
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND
YOGYAKARTA
201
7/25/2019 TUGAS MAKALAH TURBIN UAP & GAS.doc
2/16
I. PENDAHULUAN
Turbin merupakan sebuah alat yang salah satunya digunakan untuk
membangkitkan suatu energi.Di Indonesia telah tersebar berbagai macam turbin, mulai
dari turbin gas, turbin air dan turbin uap.Turbin sangat membantu dalam kehidupan
sehari-hari kita, salah satunya untuk memenuhi kebutuhan kita yang tidak lepas dari
alat tersebut, yaitu listrik.Dengan turbin kita dapat melakukan kegiatan malam tanpa
harus dalam kondisi gelap. Kegiatan malam akan berjalan lancar dengan adanya listrik
yang tidak lepas dari turbin tersebut.
Semakin banyaknya turbin dan pesatnya perkembangan turbin tersebut, kini
turbin tak asing lagi. Segala macam cara dilakukan untuk memodifikasi kembali turbin
tersebut hanya untuk meningkatkan kenyamanan bagi pemakai, baik individu maupun
kelompok. Terlebih lagi dengan adanya perkembangan teknologi saat ini, proses
pemodifikasian turbin tersebut menjadi lebih mudah dilakukan.
Dengan adanya berbagi macam turbin tersebut yang telah tersebar hingga dipelosok
Indonesia, maka kami berupaya untuk menulis sebuah makalah yang menyangkut
permasalahan tersebut yaitu Turbin ap danTurbin !as.
I. TIN!AUAN TEORI". T#$%' U"(
Siklus "enkine setelah diciptakan langsung diterima sebagai standar untuk
pembangkit daya yang menggunakan uap #steam $. Siklus "enkine nyata yang
digunakan dalam instalasi pembangkit daya jauh lebih rumit dari pada siklus renkine
ideal asli yang sederhana.siklus ini merupakan siklus yang paling banyak digunakan
untuk pembangkit daya listrik sekarang ini. %leh karena siklus "ankine merupakan
sikus uap cair maka paling baik siklus itu digambarkan dengan diagram &-v dan T-s
dengan garis yang menunjukkan uap jenuh dan cair jenuh. 'luida kerjanya adalah air
#()%$.
Turbin ap adalah salah satu komponen dasar dalam pembangkit listrik tenaga
uap.Dimana komponen utama dari sistem tersebut yaitu * Ketel, kondensor, pompa air
7/25/2019 TUGAS MAKALAH TURBIN UAP & GAS.doc
3/16
ketel, dan turbin itu sendiri. ap yang berfungsi sebagai fluida kerja dihasilkan oleh
katel uap, yaitu suatu alat yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap.
) +
p T
!ambar.a. Siklus rankine
Siklus ideal yang terjadi didalam turbin adalah siklus "enkine / 0ir pada siklus
dipompakan, kondisinya adalah isentropik s 1 s) masuk ke boiler dengan tekanan
yang sama dengan tekanan di kondenser tetapi 2oiler menyerap panas sedangkankondenser melepaskan panas, kemudian dari boiler masuk ke turbin dengan kondisi
super panas h+ 1h 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
konders
er
Q in
Q out
7/25/2019 TUGAS MAKALAH TURBIN UAP & GAS.doc
4/16
+
T 3p
)
s
4enurut (ukum pertama Thermodinamika, kerja yang dihasilkan oleh suatu
proses siklus adalah sama dengan 5umlah &erpindahan Kalor pada fluida kerja selama
proses siklus tersebut berlangsung. 5adi untuk proses Siklus
6 ) 6 )7 6 + 6 +7 6 6
Dengan rumus*
1 T dS
1 Kerja per satuan berat fluida kerja
Ds 1 8uas 6 ) - ) 6 )7 6 + 6 - pada diagaram # T 6 s $
Dalam kenyataan Siklus sistem Turbin ap menyimpang dari Siklus Ideal
#Siklus "ankine $ antara lain karena faktor tersebut diba9ah ini *
. Kerugian dalam pipa atau saluran fluida kerja, misalnya kerugian gesekan dan
kerugian kalor ke atmosfer disekitarnya .
). Kerugian tekanan dalam ketel uap
+. Kerugian energi didalam turbin karena adanya gesekan pada fluida kerja dan
bagian-bagian dari turbin.
!ambar.a.) Diagram Temperatur #T$ 6 :ntropi #S$
7/25/2019 TUGAS MAKALAH TURBIN UAP & GAS.doc
5/16
1. P$')( Ke$*" T#$%' U"(
Secara singkat prinsip kerja turbin uap adalah sebagai berikut *
ap 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.
ap yang memancar keluar dari nosel diarahkan ke sudu-sudu turbin yang
berbentuk lengkungan dan dipasang disekeliling roda turbin. ap yang
mengalir melalui celah-celah antara sudu turbin itu dibelokkan kearah
mengikuti lengkungan dari sudu turbin. &erubahan kecepatan uap ini
menimbulkan gaya yang mendorong dan kemudian memutar roda dan poros
turbin.
5ika uap masih mempunyai kecepatan saat meninggalkn 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 sudugerak. Sebelum memasuki baris kedua sudu gerak. 4aka 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.
7/25/2019 TUGAS MAKALAH TURBIN UAP & GAS.doc
6/16
2. Kl")+,") -#$%' #"(
Turbin ap dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori yang berbeda
berdasarkan pada konstruksinya, prinsip kerjanya dan menurut peoses penurunan
tekanan uap sebagai berikut*
). Klasifikasi Turbin berdasarkan &rinsip Kerjanya
. 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.
3iri-ciri dari turbin impuls antara lain*
- &roses pengembangan uap ; penurunan tekanan seluruhnya terjadi pada sudu
diam ; nosel.
- 0kibat tekanan dalam turbin sama sehingga disebut dengan Tekanan "ata.
). Turbin "eaksi
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 9alaupun arahnya
lengkungnya berla9anan.
3iri-ciri turbin ini adalah *
- &enurunan tekanan uap sebagian terjadi di
7/25/2019 TUGAS MAKALAH TURBIN UAP & GAS.doc
7/16
Turbin 2ertingkat #0ksi dan "eaksi $.
Disini sudu-sudu turbin dibuat bertingkat, biasanya cocok untuk daya besar.
&ada turbin bertingkat terdapat deretan sudu ) atau lebih. Sehingga turbin
tersebut terjadi distribusi kecepatan ; tekanan.
).+ Klasifikasi turbin berdasarkan &roses &enurunan Tekanan ap
Turbin Kondensasi.
Tekanan keluar turbin kurang dari atm dan dimasukkan kedalam kompresor.
Turbin Tekanan 8a9an.
0pabila tekanan sisi keluar turbin masih besar dari atm sehingga masih
dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin lain.
Turbin :kstraksi.
Didalam turbin ini sebagian uap dalam turbin diekstraksi untuk roses pemanasan
lain, misalnya proses industri.
%. Te$ T#$%' G")
!as-turbine engine adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai
fluida untuk memutar turbin dengan pembakaran internal.Didalam turbin gas
energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan
yang memutar roda turbin sehingga menghasilkan daya.Sistem turbin gas yang
paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan
turbin gas.
. &rinsip Kerja Sistem Turbin !as #!as-Turbine :ngine$
dara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara
#inlet$.Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara
tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat.Kemudian udarabertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan
proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan
bakar. &roses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan
konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan
temperatur. !as hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu
7/25/2019 TUGAS MAKALAH TURBIN UAP & GAS.doc
8/16
no=el yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu
turbin.Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar
kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll.
Setelah mele9ati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran
buang #e>haust$.
!ambar b. turbin gas pesa9at terbang
Turbin gas yang dipakai industri dapat dilihat pada gambar ?, cara
kerjanya sama dengan turbin gas pesa9at terbang. 4otor starter dinyalakan
untuk memutar kompresor, udara segar terhisap masuk dan dimampatkan.
Kemudian, udara mampat dengan temperatur dan tekanan yang cukup
tinggi#)@@@3, Abar$ mengalir masuk ruang bakar, bercampur dengan bahan
bakar. 3ampuran udara mampat bahan-bakar kemudian dinyalakan dan terjadi
proses pembakaran, temperatur gas pembakaran naik drastis. !as pembakaran
dengan temperatur tinggi #Abar, BC@@3$ berekspansi pada turbin, sehingga
terjadi perubahan energi, dari energi panas menjadi energi putaran poros turbin.
!as pembakaran setelah berekspansi diturbin, lalu keluar sebagai gas bekas.
Selanjutnya, turbingas bekerja dengan putaran poros turbin, yaitu sebagaisumber tenaga penggerak kompresor dan generator listrik.
7/25/2019 TUGAS MAKALAH TURBIN UAP & GAS.doc
9/16
!ambar b.) Turbin gas untuk industri #pembangkit listrik$
&ersamaan turbin gasdengan motor bakar adalah pada proses
pembakarannya yang terjadi di dalam mesin itu sendiri, disamping itu
proses kerjanya adalah sama yaitu hisap, kompresi, pembakaran,
ekspansi dan buang. &erbedaannya adalah terlatak pada kontruksinya,
motor bakar kebanyakan bekerja gerak bolak balik #reciprocating$
sedangkan turbin gas adalah mesin rotasi, proses kerja motor bakar
bertahap #intermiten$, untuk turbin gas adalah kontinyu dan gas buang
pada motor bakar tidak pernah dipakai untuk gaya dorong.
7/25/2019 TUGAS MAKALAH TURBIN UAP & GAS.doc
10/16
). &roses &embakaran
&adagambarb.+, dapatdilihatdarikotruksikomponenruangbakar,apabila
digambarkanulangdenganprosespembakaranadalahsebagai berikut *
!ambar b.+ "uang bakar dan proses pembakaran turbin gas
&roses pembakaran dari turbin gas adalah mirip dengan pembakaran
mesin diesel, yaitu proses pembakarannya pada tekanan konstan. &rosesnya
adalah sebagai berikut, udara mampat dari kompresor masuk ruang bakar,
udara terbagi menjadi dua, yaitu udara primer yang masuk saluran primer,
berada satu tempat dengan nosel, dan udara mampat sekunder yang le9at
selubung luar ruang bakar. dara primer masuk ruang bakar mele9ati s9irler,
sehingga alirannya berputar.
2ahan bakar kemudian disemprotkan dari nosel ke =ona primer,
setelah keduanya bertemu, terjadi pencampuran. 0liran udara primer yang
berputar akan membantu proses pencampuran, hal ini menyebabkan campuran
lebih homogen, pembakaran lebih sempurna.
dara sekunder yang masuk melalui lubang-lubang pada selubung
luar ruang bakar akan membantu proses pembakaran pada =ona sekunder. 5adi,
=ona sekunder akan menyempurnakan pembakaran dari =ona primer. Disampinguntuk membantu proses pembakaran pada =ona sekunder, udara sekunder juga
membantu pendinginan ruang bakar. "uang bakar harus didinginkan, karena
dari proses pembakaran dihasilkan temperatur yang tinggi yang merusak
material ruang bakar. 4aka, dengan cara pendinginan udara
sekunder,temperatur ruang bakar menjadi terkontrol dan tidak melebihi dari yang
7/25/2019 TUGAS MAKALAH TURBIN UAP & GAS.doc
11/16
diijinkan.
Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut*
&emampatan #compression$ udara di hisap dan dimampatkan
&embakaran #combustion$ bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar
dengan udara kemudian di bakar. &emuaian #e>pansion$ gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar
melalui no=el #no==le$. &embuangan gas #e>haust$ gas hasil pembakaran dikeluarkan le9at saluran
pembuangan.
&ada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugiankerugian
yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat
pada menurunnya performa turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat
terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian
antara lain*
0danya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan
#pressure losses$ di ruang bakar. 0danya kerja yang berlebih 9aktu proses kompresi yang menyebabkan
terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.
2erubahnya nilai 3p dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur danperubahan komposisi kimia dari fluida kerja.
0danya mechanical loss, dsb.
+. Klasifikasi Turbin !as
Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan
lainnya. 4enurut siklusnya turbin gas terdiri dari*
Turbin gas siklus tertutup #3lose cycle$
Turbin gas siklus terbuka #%pen cycle$
&erbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida kerja.&ada turbin
gas siklus terbuka, akhir ekspansi fluida kerjanya langsung dibuang ke udara atmosfir,
sedangkan untuk siklus tertutup akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk
kembali ke dalam proses a9al.
7/25/2019 TUGAS MAKALAH TURBIN UAP & GAS.doc
12/16
Dalam industri turbin gas umumnya diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu *
Turbin !as &oros Tunggal #Single Shaft$
Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan
energi listrik untuk keperluan proses di industri.
Turbin !as &oros !anda #Double Shaft$
Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi dan turbin
bertekanan rendah, dimana turbin gas ini digunakan untuk menggerakkan beban yang
berubah seperti kompresor pada unit proses.
II. APLIKASI DARI TURBIN UAP DAN TURBIN GAS". A(l,") T#$%' U"(
0plikasi dari Turbin ap banyak digunakan di industri seperti pabrik atau
pembangkit listrik. Turbin uap merubah energi potensial menjadi energi kinetik yang
menggerakkan baling-baling turbindan terakhir menjadi energi mekanik yang
menjalankan mesin turbin. :nergi mekanik dalam turbin berupa putaran poros turbin.
&oros turbin yang berada diujung baling baling berbentuk roda gigi yang dihubungkan
dengan komponen turbin yang merupakan mekanisme yang ingin digerakkan. &roses
energi kinetik menjadi energi mekanik dapat dilakukan dengan berbagai cara
tergantung dari penggunaan turbin tersebut.Tipe-tipe turbin uap juga bermacam-macam
tergantung dari industri yang menggunakannya. 4isalnya pada &8T digunakan jenis
turbin tipe multistage.
&engapliaksian turbin uap yang terdapat pada pembangkit listrik tenaga uap
digunakan sebagai konversi energi panas menjadi energi listrik.:nergi panas diperoleh
dari uap panas yang dikeluarkan oleh ketel uap ditujukan ungtuk menggerakkan baling-
baling turbin, untuk dikonversikan sebagai energi kinetik. :nergi kinetik yang
menggerakkan baling-baling turbin sekaligus menggerakkan poros baling-baling yang
berbetuk roda gigi. &ergerakkan roda gigi tersebut membentuk energi mekanik.:nergi
mekanik kemudian dikonversikan oleh generator menjadi energi listrik.
7/25/2019 TUGAS MAKALAH TURBIN UAP & GAS.doc
13/16
ap panas terbuang dari hasil konversi energi tersebut kemudian ditampung
dalam kondensor yang nantinya akan didinginkan didalamnya.Turbin uap multistage
yang biasa digunakan dalam &8T merupakan turbin yang memiliki lebih dari stage
turbin. 3ara kerjany, pertama uap air yang dihasilkan kembali dari ketel uap akan
masuk dalam stage turbin yang pertama yakni high pressure. Kemudian di panaskan
kembali dalam turbin intermediate pressure. 8alu uap yang keluar setelah dipanaskan
masuk dalam turbin lo9 pressure. Dalam satge ini,uap yang sudah diubah dalam
bentuk energi mekanik dan energi listrik. ap uang dikeluarkan dari stage terakhir ini
masuk dalam kondensor untuk didinginkan dalam proses kondensasi.Sistem tersebut
kemudian terus berulang sehingga turbin busa terus menghasilkan energi listrik untuk
&8T.
%. A(l,") T#$%' G")&ada gambar A.C adalah salah satu mesin turbin gas pesa9at terbang, adapun
cara kerjanya adalah sebagai berikut. 4otor starter dinyalakan, kompresor berputar dan
mulai bekerja menghisap udara sekitar, udara kemudian dimampatkan. dara pada
tahap pertama dimampatkan dahulu pada kompresor tekanan rendah,
diteruskan kompresor tekanan tinggi. dara mampat selanjutnya masuk ruang bakar,
bercampur dengan bahan bakar yang sudah disemprotkan. 3ampuran bahan bakar-
udara mampat kemudian dinyalakan dan terjadi proses pembakaran. !as hasil prosespembakaran berekspansi pada turbin, terjadi perubahan dari energi panas menjadi
energi putaran poros turbin, sebagian gas pembakaran menjadi gaya dorong.
Setelah memberikan sisa gaya dorongnya, gas hasil pembakaran ke luar
melalui saluaran buang. Dari proses kerja turbin gas pesa9at terbang
tersebut, dihasilkan daya turbin yang digunakan untuk menggerakan
kompresor, menghasikan daya dorong, dan menggerakan peralatan bantu lainnya.
7/25/2019 TUGAS MAKALAH TURBIN UAP & GAS.doc
14/16
Turbin gas yang dipakai industri dapat dilihat pada gambar C.A dan cara
kerjanya sama dengan turbin gas pesa9at terbang. 4otor starter dinyalakan
untuk memutar kompresor, udara segar terhisap masuk dan dimampatkan.
Kemudian udara mampat dengan temperatur dan tekanan yang cukup tinggi
#)@@@3, A bar$ mengalir masuk ruang bakar bercampur dengan bahan bakar.
3ampuran udara mampat bahan-bakar kemudian dinyalakan dan terjadi proses
pembakaran, temperatur gas pembakaran naik drastis. !as pembakaran dengan
temperatur tinggi #A bar, BC@@3$ berekspansi pada turbin, sehingga terjadi
perubahan energi, dari energi panas menjadi energi putaran poros turbin. !as
pembakaran setelah berekspansi di turbin, lalu ke luar sebagai gas bekas.
Selanjutnya, turbin gas bekerja dengan putaran poros turbin, yaitu sebagai
sumber tenaga penggerak kompresor dan generator listrik.
http://www.crayonpedia.org/mw/Berkas:Gun240.jpg7/25/2019 TUGAS MAKALAH TURBIN UAP & GAS.doc
15/16
Dari uraian cara kerja turbin gas di atas, dapat disebutkan komponen-komponen
mesin turbin gas yang penting, yaitu kompresor, ruang bakar, dan turbin. 5adi,
daya yang dihasilkan turbin tidak hanya menggerakan beban, yaitu generator
listrik, tetapi juga harus menggerakan kompresor.
/. DAFTAR PUSTAKA
0rismunandar, &enggerak 4ula Turbin, IT2 2andung, ??
http://www.crayonpedia.org/mw/Berkas:Gun241.jpg7/25/2019 TUGAS MAKALAH TURBIN UAP & GAS.doc
16/16
Shlyakin &. Steam Turbines, Theory and Design, 'oreign 8anguage (ouses,4osco9
Stodola 0., Steam and !as Turbines, Eol , 4c. !ra9 (ill 2ook 3ompany Inc.