A. Jenis-jenis Uap
Proses
pembentukan uap terbagi atas dua jenis, yaitu :
1.
Uap air
yaitu
uap yang terbentuk diatas permukaan air sebagai akibat dari penurunan tekanan
di atas permukaan air sampai tekanan penguapan yang sesuai dengan temperatur
permukaan air tersebut pada titik didih dan pada tekanan di bawah tekanan
atmosfir bumi. Penurunan tekanan ini diantaranya disebabkan karena adanya
tekanan uap jenuh yang sesuai dengan temperatur permukaan air maka akan terjadi
penguapan.
2.
Uap panas
yaitu
uap yang terbentuk akibat mendidihnya air , aliran mendidih bila tekanan dan
temperatur berada pada kondisi didih. Misalnya bila air tekanan 1 bar maka air
tersebut akan mendidih pada suhu didih (±99,630 C).
Uap
yang terbentuk pada tekanan dan temperatur didih disebut uap jenuh saturasi
(saturated steam). Apabila uap jenuh dipanaskan pada tekanan tetap, maka uap
akan mendapat pemanasan lanjut (temperatur naik). Uap yang demikian disebut uap
panas lanjut (uap adi panas) atau superheated steam.
Menurut keadaannya uap ada tiga
jenis, yaitu :
Ø Uap
jenuh
Uap jenuh merupakan uap yang tidak
mengandung bagian-bagian air yang lepas dimana pada tekanan tertentu berlaku
suhu tertentu.
Ø Uap
kering
Uap kering merupakan uap yang
didapat dengan pemanas lanjut dari uap jenuh dimana pada tekanan terbentuk dan
dapat diperoleh beberapa jenis uap kering dengan suhu yang berlainan.
Ø Uap
basah
Uap basah merupakan uap jenuh yang
bercampur dengan bagian-bagian air yang halus yang temperaturnya sama.
B. Pengertian Turbin Uap
Istilah
turbin berasal dari bahasa latin yaitu ”turbo” yang berarti
putar. Karena energi yang digunakan untuk memutar poros turbin adalah energi
potensial fluida maka turbin sendiri termasuk ke dalam golongan mesin-mesin
fluida.
Mesin–mesin fluida adalah mesin yang
berfungsi mengubah energi mekanis pada poros menjadi energi potensial fluida
atau sebaliknya, yaitu mengubah energi potensial fluida menjadi energi mekanis
pada poros.
Secara umum mesin fluida dapat
digolongkan menjadi dua golongan besar, yaitu:
1. Mesin kerja, adalah mesin
fluida yang berfungsi mengubah energi mekanis pada poros menjadi energi
potensial fluida, misalnya : pompa, kompresor, blower, dan lain-lain.
2. Mesin tenaga, adalah mesin
fluida yang berfungsi mengubah energi potensial fluida menjadi energi mekanis
pada poros, misalnya : kincir angin, turbin air, turbin gas, dan turbin uap.
Turbin
kukus (uap air) adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial
kukus menjadi energi kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi mekanik
dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin langsung atau dengan bantuan
roda gigi reduksi, dihubungkan dengan mekanisme yang digerakkan. Tergantung
pada jenis mekanisme yan digerakkan, turbin kukus dapat dipergunakan pada
berbagai bidang industri, untuk pembangkit tenaga listrik, dan untuk
transportasi.
Ide
turbin kukus ini sudah lama. Sudah umum diketahui bahwa kira-kira tahun 120
S.M. Hero Alexandera membuat prototipe turbin yang pertama yang bekerja
berdasarkan prinsip reaksi. Alat ini yang menjelma menjadi instalasi tenaga
kukus yang primitif
Turbin
uap (kukus) secara umum diklasifikasikan kedalam tiga jenis impuls, dan
gabungan (impuls-reaksi), yang tergantung pada cara perolehan perubahan energi
potensial menjadi energi kinetik semburan kukus.
C. Komponen-komponen Turbin
Uap
Komponen-komponen utama pada turbin uap yaitu
- Cassing
Adalah
sebagai penutup (rumah) bagian-bagian utama turbin.
- Rotor
Adalah
bagian turbin yang berputar terdiri dari:
1) Poros
Berfungsi
sebagai komponen utama tempat dipasangnya cakram-cakram sepanjang sumbu.
2) Sudu
turbin atau deretan sudu
Berfungsi
sebagai alat yang menerima gaya dari energi kinetik uap melalui nosel.
3) Cakram
Berfungsi
sebagai tempat sudu-sudu dipasang secara radial pada poros.
- Nosel
Berfungsi
sebagai media ekspansi uap yang merubah energi potensial menjadi energi
kinetik.
- Bantalan
(bearing)
Merupakan
bagian yang berfungsi uuntuk menyokong kedua ujung poros dan banyak menerima
beban.
- Perapat
(seal)
Berfungsi
untuk mencegah kebocoran uap, perapatan ini terpasang mengelilingi poros.
Perapat yang digunakan adalah :
1. Labyrinth
packing
2. Gland
packing
- Kopling
Berfungsi
sebagai penghubung antara mekanisme turbin uap dengan mekanisme yang
digerakkan.
D. Prinsip Kerja Turbin
Uap
Turbin
uap terdiri dari sebuah cakram yang dikelilingi oleh daun-daun cakram yang
disebut sudu-sudu. Sudu-sudu ini berputar karena tiupan dari uap bertekanan
yang berasal dari ketel uap, yang telah dipanasi terdahulu dengan menggunakan
bahan bakar padat, cair dan gas seperti yang digunakan di PT. Toba Pulp
Lestari, Tbk.
Uap
tersebut kemudian dibagi dengan menggunakan control valve yang akan dipakai
untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan pompa dan juga sama halnya
dikopel dengan sebuah generator singkron untuk menghasilkan energi listrik.
Setelah melewati turbin uap, uap yang bertekanan dan
bertemperatur tinggi tadi muncul menjadi uap bertekanan rendah. Panas yang
sudah diserap oleh kondensor menyebabkan uap berubah menjadi air yang kemudian
dipompakan kembali menuju boiler. Sisa panas dibuang oleh kondensor mencapai
setengah jumlah panas semula yang masuk. Hal ini mengakibatkan efisisensi
thermodhinamika suatu turbin uap bernilai lebih kecil dari 50%. Turbin
uap yang modern mempunyai temperatur boiler sekitar 5000C sampai 6000C
dan temperatur kondensor 200C sampai 300C.
( Shlyakhin,P: Turbin uap. Hal 12).
Asas Impuls dan Reaksi
Turbin
adalah mesin rotari yang bekerja karena terjadi perubahan energi kinetik
uap menjadi putaran poros turbin. Proses perubahan itu terjadi pada
sudu-sudu turbin. Sebagai perbandingan dengan mesin torak yang bekerja
karena ekpansi energi panas gas atau uap di dalam silinder yang mendorong
torak untuk bergerak bolak-balik. Pada dasarnya, prinsip kerja mesin torak
dengan turbin uap adalah sama. Fluida gas dengan energi potensial yang
besar berekspansi sehingga mempunyai energi kinetik tinggi yang akan
medorong torak atau sudu, karena dorongan atau tumbukan tersebut, torak
atau sudu kemudian bergerak. Proses tumbukan inilah yang dinamakan dengan
Impuls.
Azas
impuls dapat dijelaskan dengan metode sebagai berikut. Adalah sebuah pelat yang
ditumbuk dengan fluida gas berkecepatan Vs, dan laju massa m, karena
pelat itu beroda sehingga bergerak dengan kecepatan Vb. Dari dua model di
atas, dapat dilihat bahwa model sudu mempunyai daya yang lebih besar pada
kecepatan dan laju massa fluida gas yang sama.
Maka dengan alasan tersebut, bentuk
sudu dianggap yang paling efisien untuk diterapkan pada turbin uap atau
jenis turbin lainnya seperi turbin gas dan air. Penerapan model sudu
tersebut di atas pada turbin uap, yaitu menata sudu sudut tersebut sebaris
mengelilingi roda jalan atau poros turbin uap, sehingga terjadi
keseimbangan gaya.
Model
turbin impuls dalam sejarahnya sudah pernah dibuat oleh Branca. Prinsip
kerjanya adalah dengan menyemburkan uap berkecapatan tinggi melalui nosel
ke sudu-sudu impuls pada roda jalan. Akibat adanya tumbukan antara
semburan gas dengan sudu-sudu jalan turbin impuls, poros turbin menjadi
berputar.
Berbeda
dengan azas impuls, azas reaksi untuk sebagaian orang lebih sulit
dipahami. Untuk menggambarkan azas reaksi bekerja pada gambar adalah model
jet uap dari Newton.
Semburan
uap dari tabung mempunyai energi kinetik yang besar sehingga sepeda akan
bergerak ke kiri. Dari hal tersebut dapat dipahami bahwa mesin tersebut
bekerja dengan azas reaksi, yaitu semburan uap melakukan aksi sehingga
timbul reaksi pada sepeda untuk begerak melawan aksi.
E. Klasifikasi Turbin Uap
Untuk memudahkan
identifikasi terhadap turbin uap, maka turbin uap diklasifikasikan sebagai
berikut :
1. Menurut
jumlah tingkat tekanan
a) Turbin
satu tingkat yang memiliki kapasitas tenaga kecil, biasanya digunakan untuk
menggerakkan kompresor, pompa, dan mesin-mesin lainnya yang kapasitas tenaganya
kecil.
b) Turbin
bertingkat banyak (neka tingkat), yaitu turbin yang dibuat untuk kapasitas
tenaga dari kecil kepada yang besar dan biasanya terdiri dari susunan beberapa
nosel dan beberapa cakram yang ditempatkan berurutan dan berputar pada satu
poros yang sama.
2. Menurut
arah aliran uap
a) Turbin
aksial, yang uapnya mengalir dengan arah yang sejajar terhadap poros turbin.
b) Turbin
radial, yang arah aliran uapnya tegak lurus terhadap poros turbin.
3. Menurut
jumlah silinder
a) turbin
silinder tunggal
b) turbin
silinder ganda
c) turbin
tiga silinder
d) turbin
empat silinder
4. Menurut
kondisi uap yang digunakan
a) Turbin
tekanan lawan, yaitu bila tekanan uap bekas sama dengan tekanan uap yang
dibutuhkan untuk keperluan proses kegiatan pabrik. Turbin ini tidak mengalami
kondensasi uap bekas.
b) Turbin
kondensasi langsung, yaitu turbin yang mengondensasikan uap bekasnya langsung
ke dalam kondensor, guna mendapatkan air kondensat untuk pengisi air umpan
ketel.
c) Turbin
ekstraksi dengan tekanan lawan, dimana uap bekas digunakan untuk keperluan
proses.
d) Turbin
ekstraksi dengan kondensasi, dimana sebagian uapnya dipakai untuk proses dan
sebagian lagi untuk penyediaan kondensat air pengisi ketel uap.
e) Turbin
kondensasi dengan ekstraksi ganda, uap bekas dari turbin dipakai untuk
kebutuhan beberapa tingkat ekstraksi da sisanya dijadikan kondensasi dalam
kondensor untuk kebutuhan air pengisi ketel uap.
f) Turbin
non kondensasi dengan aliran langsung dan tanpa ada ekstraksi serta kondensasi,
uap bekas dibuang ke udara luar dengan tekanan lawan sama atau melebihi dari 1
atm.
g) Turbin
non kondensasi dengan ekstraksi, uap bekas tidak dikondensasikan, hanya
digunakan untuk proses.
5. Menurut
kondisi uap yang masuk ke dalam turbin
a) Turbin
tekanan rendah dimana tekanan uapnya 2 kg/cm2
b) Turbin
tekanan menengah, tekanan uap sampai dengan 40 kg/cm2
c) Turbin
tekanan tinggi, tekanan uap sampai dengan 170 kg/cm2
d) Tubin
tekanan sangat tinggi, tekanan uap di atas 170 kg/cm2
e) Turbin
adikritis, turbin uap yang beroperasi dengan tekanan uap di atas 225 kg/cm2.
6. Menurut
prinsip aksi uap
a) Turbin
impuls, yang energi potensial uapnya diubah menjadi energi kinetik di dalam
nosel atau laluan yang dilewati oleh sudu-sudu gerak,lalu energi kinetik ini
diubah menjadi energi mekanik pada poros turbin.
b) Turbin
reaksi aksial, yang ekspansi uap diantara laluan sudu, baik sudu pengarah
maupun sudu gerak tiap-tiap tingkat langsung pada derajat yang sama.
7. Menurut
sistem pemanas ulang uap
a) Turbin
uap dengan pemanas ulang tunggal
b) Turbin
uap dengan pemanas ulang ganda
8. Menurut
lingkungan pengoperasiannya
a) Turbin
darat, biasa terdapat pada industri atau PLTU untuk
menggerakkan generator
b) Turbin
yang dioperasikan di kapal.
9. Menurut
arah aliran uap
a) Turbin aksial, Fluida
kerja mengalir dalam arah yang sejajar terhadap sumbu turbin
b) Turbin radial, Fluida
kerja mengalir dalam arah yang tegak lurus terhadap sumbu turbin.
10. Menurut prinsip aksi uap
a) Turbin impuls, Energi
potensial uap diubah menjadi energi kinetik di dalam nosel.
Adapun turbin impuls mengubah energi potensial uapnya menjadi energi kinetik
didalam nosel (yang dibentuk oleh sudu-sudu diam yang berdekatan). Nosel
diarahkan kepada sudu gerak. Didalam sudu-sudu gerak, energi kinetik diubah
menjadi energi mekanis. Energi potensial uap berupa ekspansi uap, yang
diperoleh dari perubahan tekanan awal hingga tekanan akhirnya di dalam sebuah
nosel atau dalam satu grup nosel yang ditempatkan didepan sudu-sudu cakram yang
berputar. Penurunan tekanan uap didalam nosel diikuti dengan penurunan
kandungan kalornya yang terjadi didalam nosel. Hal ini menyebabkan
naiknya kecepatan uap yang keluar dari nosel (energi kinetik). Kemudian energi
kecepatan semburan uap yang keluar dari nosel yang diarahkan kepada sudu gerak
(sudu-sudu cakram yang berputar) memberikan gaya impuls pada-pada sudu gerak
sehingga menyebabkan sudu-sudu gerak berputar (melakukan kerja mekanis).
Atau
bisa dafahami secara sederhana pronsip kerja dari turbin impuls yaitu turbin
yang proses ekspansi lengkap uapnya hanya terjadi pada kanal diam (nosel) saja,
dan energi kecepatan diubah menjadi kerja mekanis pada sudu-sudu turbin.
Kecepatan uap yang keluar dari turbin jenis ini bisa mencapai 1200/detik.
Turbin jenis ini pertama kali dibuat oleh de Laval, yang mana turbin ini mampu
beroperasi pada putaran 30.000rpm. Pada aplikasinya turbin impuls ini
dilengkapi dengan roda gigi reduksi untuk memindahkan momen putar ke mekanisme
yang akan digerakkan seperti generator listrik.
b) Turbin reaksi, Ekspansi
uap terjadi pada sudu pengarah dan sudu gerak.
Turbin reaksi yaitu turbin yang ekspansi uapnya tidak hanya terjadi pada
laluan-laluan sudu pengarah (nosel) yang tetap saja tetapi juga terjadi pada
laluan sudu gerak (sudu-sudu cakram yang berputar), sehingga terjadi penurunan
keseluruhan kandungan kalor pada semua tingkat sehingga terdistribusi secara
seragam. Turbin yang jenis ini umumnyan digunakan untuk kepentingan industri.
Kecepatan uap yang mengalir pada turbin (yang biasanyan nekatingkat)
lebih rendah yaitu sekitar 100 – 200 m/detik.
http://baguswicaksono17.blogspot.com/2012/11/makalah-termodinamika.html
( Di Akses Rabu, 25 Maret 2015, jam 15:40 )
Tidak ada komentar:
Posting Komentar