9_4211106009_Andri Prasetyo H._main Propulsion Turbine Operation

9

Operasional Turbin Penggerak Utama

Andri Prasetyo Hermawan 4211106009

1. 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 Uap.

2. 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.

Turbin Uap

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.

3. Komponen – komponen Turbin Uap

Komponen-komponen utama pada turbin uap yaitu1) Cassing

Cassing adalah sebagai penutup (rumah) bagian-bagian utama turbin. Didalam structur turbin casing dibedakan menjadi 2 bagian yaitiu outer casing dan inner casing dimana: Outer casing terdapat pada HIP sisi Upper dan Lower sedangkan untuk LP hanya sisi Upper , material yang dipakai harus mampu menahan tekanan dan temperature tinggi . kedua casing tersebut diikat dengan mengunakan baut dengan ukuran yang berbeda-beda. Inner casing terdapat pada HP dan LP sisi Upper dan Lower dengan material yang juga harus mampu menahan tekanan dan temperature tinggi , kedua casing tersebut diikat dengan menggunakan baut dan juga ukurannya berbeda – beda.

2) Rotor Rotor adalah bagian turbin yang berputar terdiri dari:a. Poros berfungsi sebagai komponen utama tempat dipasangnya

cakram-cakram sepanjang sumbu.b. Sudu turbin atau deretan sudu berfungsi sebagai alat yang menerima

gaya dari energi kinetik uap melalui nosel.c. Cakram berfungsi sebagai tempat sudu-sudu dipasang secara

radial pada poros.

3) NoselNosel berfungsi sebagai media ekspansi uap yang merubah energi potensial menjadi energi kinetik. Yang dilalui uap pertama kali masuk kedalam sudu turbin disebut Nozzle Box ,Nozzle / sudu tetap sendiri merupakan inner part turbin yang fungsinya sebagai alat untuk

2

9 Main Propulsion Turbine Operation

mengarahkan , menampah tekanan uap untuk memutar sudu ( blade ) turbin , nozzle –nozzle ini terpasang pada casing sisi upper dan lower baik pada HIP maupun LP , sedangkan pada HP terpasang pada inner casing . sedangkan sedangkan yang tersentuh oleh uap didalam nozzle box disebut Fist stage ( Curtis) . untuk penempatan masing – masing nozzle , pada HP dimulai dari no 2 – 9, sedangkan no 1 nozzlenya ikut dengan nozzle box. Untuk IP penempatan masing – masing nozzle terbagi menjadi 2 bagian yaitu nutuk nozzle no 1-3 terpasang pada blade carrier #1 sedanhgkan nozzle 4-6 terpasang pada blade carrier #2 hal ini dimaksudkan agar kebocoran uap dapat dikuarangi.

4) Bantalan (bearing)Merupakan bagian yang berfungsi uuntuk menyokong kedua ujung poros dan banyak menerima beban. Bearing merupakan suatu bagian inner part utama dari turbin yang fungsinya sebagai support / daya lincir untuk shaft turbin dari gaya radial , type bearing yang terpasang pada unit ini adalah Tilting – pad bearing dan Elliptical bearing. Untuk type tilting – pad bearing terpasang pada posisi bearing no 1 dan no 2 , sedangkan untuk Elliptical bearing terpasang pada posisi bearing no 3 dan no 4.

5) Trush BearingTrust bearing merupakan bagian dari bearing turbin yang fungsinya menahan gaya axial pada saat turbin beroperasi , posisi trust bearing ini berada diantara trust dish yaitu posisi aktif dan pasif ( self – positioning dan positioning ) trust bearing ini terdiri 11 segment , yaitu 11 segment posisi aktif ( positioning ) dan 11 segment posisi pasif ( self – positioning ) kemampuan daya dorong dari trust –pad minimum sebesar 121.8 kN sedang mampu menahan gaya dorong maximum sebesar 131.53 kN. Hal ini untuk mengantisipasi apabila terjadi ganguan yang mengakibatkan unit mati / trip.

6) Oil DeflectorOil deflector merupakan bagian dari inner part yang terpasang pada sisi depan dan belakang dari bearing , yang fungsinya sebagai seal atau perapat agar pelumas ( oil ) tidak terjadi cross air pada saat pelumasan pada bearing beroperasi .

7) Perapat (seal)Berfungsi untuk mencegah kebocoran uap, perapatan ini terpasang mengelilingi poros. Perapat yang digunakan adalah :a) Labyrinth packingb) Gland packing

8) Main Oil PumpMain oil pump merupakan peralatan yang juga install pada HIP Shaft rotor yang diikat dengan baut , dan ditempatkan pada sisi depan turbin ( posisi pada front standard ) yang fungsinya sebagai pompa pelumas bearing.

9) Kopling

3

Turbin Uap

Berfungsi sebagai penghubung antara mekanisme turbin uap dengan mekanisme yang digerakkan.

Gambar 1. Ilustrasi 3D Turbin Uap

Gambar 1. Bagian-bagian turbin uap

4. Turbin Valve

Turbin valve dalam pembangkit merupakan bagian terpenting dalam perakitan / assembly turbin uap karena valve tersebut merupakan safety bagi turbin itu sendiri , karena masuknya kosumsi uap yang diperlukan bagi turbin diatur oleh valve.

Bagian – bagian valve yang terinstall di turbin antara lain :a. Main Stop Valve ( MSV )

4


Main stop valve merupakan valve utama yang fungsinya sebagai pemblockit uap yang akan masuk ke turbin setelah melalui proses di boiler , main stop valve yang terpasang ada 2 unit yaitu terpasang kanan dan kiri salah satu dari main stop valve pada stem dishnya didesign ada bypassnya yang fungsinya sebagai pemanas awal bagi CV ( control valve ), cara kerja dari main stop valve ini closed-open.

b. Control Valve ( CV / Gavenur Valve )Control Valve merupakan valve yang fungsinya sebagai pengontol jumlah kebutuhan uap yang akan masuk kedalam turbin , jumlah control valve yang terpasang sebanyak 4 buah dengan urutan nomer 1 – 3 – 4 – 2 , dimana line yang masuk no 1 dan 2 dipasang sisi atas ( upper ) sedangkan no 3 dan 4 dipasang sisi bawah ( lower ).

c. Combained Reheat valve ( CRV )Combained reheat valve adalah combinasi antara MSV dan CV dimana susunan kontruksi dari CRV terdapat dua funsi yaitu IV = intersave valve dan RSV = reheat stop valve yang fungsinya sama dengan Main stop valve dan control valve dimana untuk CRV , RSV = full open sedangkan IV = sebagai gavenor valvenya.

4. Front Standard

Front Standard Merupakan bagian utama dari rangkaian turbin uap dimana didalam ya terdapat rangkaian peralatan – peralatan pendukung dalam tercapainya fungsi turbin uap menjadi lebih baik dan handal , peralatan didalam front standart antara lain :

a) Main Oil Pumpb) Speed Controlc) Mechanical Tripd) Tumpuan / Support bagi Bearing Turbin No 1

Pada front standart tertup karena peralatan yang ada didalamnya banyak yang mengunakan media oil untuk proses operasinya sehingga untuk menjaga agar fungsi dari oil tidak berubah .

4. Turning Gear

Fungsi dari Turning gear adalah perangkat Turbin Uap yang berfungsi untuk memutar rotor Turbin Generator pada putaran rendah ( 5 – 10 rpm ) yang funsinya untuk menjamin pemanasan / pendinginan rotor yang merata sehingga menggurangi kemungkinan terjadinya bengkok pada rotor. Selain itu turning Gear juga mempunyai funsi lain yaitu memberikan gerak awal pada saat turbin akan di start sehingga dapat mengurangi gesekan statis pada bantalan ( Bearing Turbin – Generator ) Pada umumnya turning gear dipasang pada turbin diantara turbin low pressure ( LP ) dengan Generator. Turning gear sendiri terdiri dari gear-gear ( roda gigi ) yang tersusun / terangkai dan digerakan oleh motor listrik dan salah satu rangkaian roda gigi dihubungkan dengan roda gigi yang terpasang pada rotor ( poros turbin ). Pada saat roda gigi turning gear terhubung dengan roda gigi poros turbin disebut “ ENGAGE “ Apabila kondisi engage, maka

5

Turbin Uap

bila motor turning gear berputar , rotor turbin generator akan berputar.dengan putaran rendah. Bila uap ( steam ) sudah masuk ke turbin dan mendorong sudu – sudu turbin dan putaran turbin mulai meninggakat maka turning gear yang engage dengan roda gigi poros turbin generator akan terlepas. Jadi roda gigi turning gear tidak lagi terhubung lagi dengan roda gigi pada poros turbin . Kondisi seperti ini disebut “ DISENGAGE”.

4. Jacking Oil

Funsi dari Jacking oil adalah menggangkat poros turbin pada saat turbin akan operasi ( start ) maupun kondisi turbin shut down . Line discharge pada jacking oil terkonect pada bearing no 3 dan 4 pada sisi LP turbin dan bearing no 4 dan 5 sisi Generator. Fungsi yang lain yaitu menjaga agar kondisi bearing tidak terjadi gesekan statis yang berlebihan antara poros turbin dengan babit bearing. Presuure yang diagunakan untuk dapat mengangkat poros turbin berkisar antara 12– 14 Mpa.

4. 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.

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.

Secara singkat prinsip kerja turbin uap adalah sebagai berikut : Uap 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. Uap yang memancar keluar dari nosel diarahkan ke sudu-sudu turbin yang berbentuk lengkungan dan dipasang disekeliling roda turbin. Uap yang mengalir melalui celah-celah antara sudu turbin itu dibelokkan kearah mengikuti lengkungan dari sudu turbin. Perubahan kecepatan uap ini

6


menimbulkan gaya yang mendorong dan kemudian memutar roda dan poros turbin.

Jika 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 sudu gerak. Sebelum memasuki baris kedua sudu gerak. Maka 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.

Gambar 2. Ilustrasi kerja Turbin Uap

Gambar 2. Skema Kerja Turbin Uap

7

Turbin Uap

5. 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.

Gambar 1. Azas impuls pada plat datar dan sudu

Azas impuls dapat dijelaskan dengan metode sebagai berikut. Pada gambar 1 A adalah sebuah pelat yang ditumbuk dengan fluida gas berkecepatan Vs, dan laju massa m, karena pelat itu beroda sehingga bergerak dengan kecepatan Vb. Besarnya daya dapat dihitung dengan persamaan

Sedangkan pada gambar 1 B adalah sebuah sudu yang ditumbuk fluida gas dengan laju masa m, maka daya yang dihasilkan adalah

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, penataannya kurang lebih seperti pada gambar 2, yaitu menata sudu-sudu tersebut sebaris mengelilingi roda jalan atau poros turbin uap, sehingga terjadi keseimbangan gaya.

8


Gambar 2. Sudu – sudu impuls pada rotor turbin uap

Gambar 3. Mesin uap Branca dengan turbin impuls

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.

9

Turbin Uap

Gambar 4. Mesin uap Newton gaya aksi reaksi

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. Pada gambar adalah contoh lain dari aksi reaksi.

Gambar 5. Gaya aksi reaksi pada balon

6. Segitiga Kecepatan

Segitiga kecepatan adalah dasar kinematika dari aliran fluida gas yang menumbuk sudu turbin. Dengan pemahaman segitiga kecepatan akan sangat membantu alam pemahaman proses konversi pada sudu-sudu turin uap atau pada jenis turbin yang lain. Adapun notasi dari segitiga kecepatan adalah sebagai berikut:

Vs1 = Kecepatan absolut fluida meninggalkan nosel VB = Kecepatan sudu Vr1 = kecepatan relatif fluida Vr2 = Kecepatan relatif fluida meninggalkan sudu Vs2 = Kecepatan absolut fluida meninggalkan sudu

10

Gaya aksi Gaya reaksi

Gaya reaksi Gaya aksi


θ = sudut nosel φ = sudut masuk sudu = sudut keluar sudu = sudut keluar fluida

Gambar 6. Segitiga kecepatan pada sudu impuls

Dari segitiga kecepatan diatas, panjang pendeknya garis adalah mewakili dari besar kecepatan masing-masing. Sebagai contoh, fluida masuk sudu dari nosel dengan kecepatan VS1 kemudian keluar dari nosel sudah berkurang menjadi VS2

dengan garis yang lebih pendek, artinya sebagian energi kinetik fluida masuk sudu diubah menjadi energi kinetik sudu dengan kecepatan VB, kemudian fluida yang sudah memberkan energinya meningglkan sudu dengan kecepatan VS2.

Proses perubahan atau konversi energi pada turbin adalah sama dengan perubahan energi pada motor bakar, tetapi dengan metode yang berbeda. Untuk motor bakar, pada langkah ekspansi fluida gas yaitu gas pembakaran energinya mengalami penurunan bersamaan dengan penurunan tekanan di dalam silinder, hal itu karena sebagian energinya diubah menjadi energi kinetik gas pembakaran dan dikenakan langsung pada torak. Karena ada dorongan dari energi kinetek gas pembakaran torak begerak searah dengan gaya dorong tersebut, kondisi ini disebut langkah tenaga.

11

Turbin Uap

Gambar 7. Proses ekspansi pada nosel

Pada turbin, proses perubahan energi mulai terjadi di nosel, yaitu ekspansi fluida gas pada nosel. Pada proses ekspansi di nosel, energi fluida mengalami penurunan, demikian juga tekanannya. Berbarengan dengan penurunan energi dan tekanan, kecepatan fluida gas naik, dengan kata lain energi kinetik fluida gas naik karena proses ekspansi. Kemudian, fluida gas dengan energi kinetik tinggi menumbuk sudu turbin dan memberikan sebagian energinya ke sudu, sehingga sudu pun begerak. Perubahan energi dengan tumbukan fluida di sudu adalah azas impuls.

Gambar 8. Fungsi nosel

12


Untuk perubahan energi dengan azas reaksi, sudu turbin reaksi berfungsi seperti nosel. Hal ini berarti, pada sudu turbin reaksi terjadi proses ekspansi, yaitu penurunan tekanan fluida gas dengan dibarengi kenaikan kecepatan. Karena prinsip reaksi adalah gerakan melawan aksi, jadi dapat dipahami dengan kenaikan kecepatan fluida gas pada sudu turbin reaksi, sudu turbin pun akan bergerak sebesar nilai kecepatan tersebut dengan arah yang berlawanan.

Gambar 9. Segitiga kecepatan sudu bergerak turbin reaksi

6. Turbin Impuls

Turbin impuls adalah turbin yang mempunyai roda jalan atau rotor dimana terdapat sudu-sudu impuls. Sudu-sudu impuls mudah dikenali bentuknya, yaitu simetris dengan sudut masuk φdan sudut keluar γ yang sama (20 0), pada turbin biasanya ditempatkan pada bagian masuk dimana uap bertekanan tinggi dengan volume spesifik rendah. Bentuk turbin impuls pendek dengan penampang yang konstan. Ciri yang lain adalah secara termodinamika penurunan energi terbanyak pada nosel, dimana pada nosel terjadi proses ekspansi atau penuruan tekanan. Sudu-sudu turbin uap terdiri dari sudu tetap dan sudu gerak. Sudu tetap berfungsi sebagai nosel dengan energi kinetik yang naik, sedangkan pada sudu begerak tekanan adalah konstan atau tetap. dari karakteristik tersebut, turbin impuls sering disebut turbin tekanan sama.

Bentuk dari sudu tetap turbin impuls ada dua macam yaitu bentuk simetris dan bentuk tidak simetris. Pada bentuk sudu tetap simetris, profile kecepatan dan tekanan adalah sama, tidak ada perubahan kecepatan dan tekanan. Sedangkan pada sudu tetap yang berfungsi sebagi nosel mempunyai bentuk seperti nosel yaitu antar penampang sudu membetuk penampang yang menyempit pada ujungnya. Karena bentuknya nosel, kecepatan akan naik dan tekanan turun. Bentu pertama simetri dipakai pada turbin uap Curtis dan bentuk yang kedua dipakai turbin uap Rateau.

13

Turbin Uap

Gambar 10. Bentuk sudu tetap turbin impuls

6.1 Turbin Impuls Satu Tahap (Turbin De Laval)Pada gambar diatas adalah skema turbin De laval atau turbin impuls satu tahap. Turbin terdiri satu atau lebih nosel konvergen divergen dan sudu-sudu impuls terpasang pada roda jalan (rotor). Tidak semua nosel terkena semburan uap panas dari nosel, hanya sebagian saja. Pengontrolan putaran dengan jalan menutup satu atau lebih nosel konvergen divergen.

Gambar 11. Turbin uap impuls satu tahap

14


Adapun cara kerjanya adalah sebgai berikut. Aliran uap panas masuk nosel konvergen divergen, di dalam nosel uap berekspansi sehingga tekanannya turun. Berbarengan dengan penurunan tekanan, kecepatan uap panas naik, hal ini berarti terjadi kenaikan energi kinetik uap panas. Setelah berekspansi, uap panas menyembur keluar nosel dan menumbuk sudu-sudu impuls dengan kecepatan abolut Vs1. Pada sudu-sudu impuls uap panas memberikan sebagian energinya ke sudu-sudu, dan mengakibatkan sudu-sudu bergerak dengan kecepatan Vb. Tekanan pada sudu-sudu turbin adalah konstan atau tetap, sedangkan kecepatan uap keluar sudu berkurang menjadi Vs2 .

6.2 Turbin Impuls gabunganTurbin impuls satu tahap atau turbin De laval mempunyai kendal-kendala teknis yang tidak menguntungkan. Sebagai contoh berikut ini, kecepatan uap masuk sudu terlalu tinggi kalau hanya untuk satu baris sudu, efeknya kecepatan putar sudu menjadi tinggi, dan melampaui batas keselamatan yang diizinkan, karena tegangan sentrifugal yang harus ditahan material rotor. Disamping itu dengan kecepatan rotor yang tinggi diperlukan roda gigi reduksi yang besar dan berat untuk menghubungkan rotor dengan generator listrik. Dengan alasan-alasan tersebut, dikembangkan dua pilihan turbin impuls gabungan yaitu turbin gabungan kecepatan atau turbin Curtiss dan turbin impuls gabungan tekanan atau turbin Rateau.

1) Turbin impuls CurtissTurbin uap Curtiss adalah turbin yang bekerja dengan prinsip impuls secara bertahap. Berbeda dengan turbin satu tahap, turbin Curtiss mempunyai beberapa baris sudu bergerak dan baris sudu tetap. Pada gambar 12 adalah susunan turbin uap Curtiss, proses ekspansi uap panas pada nosel, dimana kecepatan uap panas naik ( Vs1) dan tekanan turun.

Uap panas yang mempunyai kecepatan tinggi masuk baris pertama sudu bergerak, pada tahap ini uap memberikan sebagian energinya sehingga kecepatannya turun (Vs2). Selanjutnya, sebelum masuk baris sudu bergerak tahap II, terlebih dahulu melewati sudu tetap. Pada sudu-sudu tetap yang berbentuk simetris, uap tidak kehilangan energinya, kecepatan (Vs3) dan tekanannya konstan. Uap dengan kecepatan Vs3 setelah melewati sudu tetap masuk baris sudu bergerak tahap II, uap memberikan energinya yang tersisa ke sudu-sudu bergerak, karena itu kecepatannya turun kembali menjadi Vs4.

Pada turbin Curtiss penurunan uap terjadi dengan sempurna pada nosel sehingga tidak ada penurunan tekanan lagi pada sudu-sudu, dan energi kinetik dari nosel dipakai oleh dua baris sudu bergerak tidak hanya satu baris saja. Ciri khas dari turbin ini adalah kecepatan akan turun setelah melewati sudu bergerak, dan kecepatannya konstan pada sudu tetap. Untuk memahami lebih lanjut tentang perubahan nilai kecepatan, dapat menggunakan analisa segitiga kecepatan dari turbin Curtiss. Sebagai contoh dapat dilihat pada gambar 13, dari segitiga tersebut dapat dilihat,

15

Turbin Uap

Gambar 12. Susunan turbin uap Curtiss

Gambar 13. Segitiga kecepatan turbin uap Curtiss

16


2) Turbin impuls RateauPada turbin Curtiss yaitu turbin gabungan kecepatan yang sudah dibahas pada sub bab diatas, masih mempunyai kelemahan yaitu kecepatan uapnya masih tinggi, sehingga timbul gesekan yang merupakan kerugian aliran, kondisi ini sama dengan turbin impuls satu tahap. Untuk mengatasi hal tersebut, Rateau membuat turbin impuls gabungan tekanan. Pada turbin ini, turbin dibagi menjadi beberapa bagian dengan susunan seri, dimana setiap bagian terdiri dari nosel dan sudu bergerak, yaitu sama dengan susunan turbin satu tahap.

Pada gambar 14 adalah skema sederhana dari turbin rateau. Dari gambar tersebut didapat susunan dasar turbin, yaitu terdiri dari dua bagian kombinasi nosel dan sudu bergerak. Dari diagram tekanan dan kecepatan absolut dapat dibahas sebagai berikut. Uap panas pertama masuk pada bagian pertama, kecepatan akan naik pada nosel dan kemudian turun pada sudu bergerak. Selanjutnya, uap panas masuk ke nosel bagian dua, kecepatan naik lagi pada nosel dan turun kembali pada sudu bergerak. Pada setiap bagian, uap akan mengalami penurunan tekanan setelah dari nosel.

Jadi pada turbin Rateau, uap panas akan berekspansi setiap masuk nosel, dengan demikian energi uap akan terbagi merata. Jika dibandingkan dengan turbin satu tahap, pada turbin ini, jumlah energi uap panas yang berekspansi pernoselnya jauh lebih kecil, sehingga kenaikan kecepatan absolutnya tidak terlalu tinggi.

Turbin ini mempunyai keunggulan yaitu kecepatan sudunya rendah, kecepatan uap rendah (gesekan kecil), dan distribusi kerja perbagian merata. Kelemahannya adalah penurunan tekanan yang terus menerus pada setiap bagian, sehingga resiko kebocoran uap lebih besar. Untuk memperoleh efisiensi tinggin, turbin rateau juga harus mempunyai tahapan yang banyak. Dengan alasan-alasan tersebut, turbin Rateau banyak dipakai untuk unit yang besar, dimana efisiensi lebih penting daripada biaya investasi

17

Turbin Uap

Gambar 14. Segitiga kecepatan turbin uap Rateau

Gambar 15. Susunan turbin uap Rateau

18


Pada gambar adalah contoh segitiga kecepatan dari turbin rateau. dari segitiga tersebut terlihat bentuk dari segitiga adalah sama untuk setiap tahap, dimana bentuknya adalah segitiga kecepatan turbin satu tahap yang disusun seri. Kecepatan Vs1 dari sudu tetap yang berfungsi nosel, akan masuk ke sudu bergerak dan nilainya turun menjadi Vs2, demikian juga untuk kecepatan relatifnya juga turun. Kemudian, kecepatan Vs2 naik lagi setelah melewati sudu bergerak menjadi Vs3, dimana nilai kecepatan ini secara ideal adalah sama dengan Vs1, dan prosesnya berlanjut sampai tahap terakhir turbin.

7. Turbin Reaksi

Turbin reaksi pertama kali dikenalkan oleh Parson, pada gambar 16 adalah contoh turbin rekasi tiga tahap, terdiri dari 3 baris sudu tetap dan 3 baris sudu bergerak. Sudu tetap dibuat sedemikian rupa sehingga fungsinya sama dengan nosel. Sedangkan sudu bergerak dapat dibedakan dengan jelas dengan sudu impuls karena tidak simetris. Sudu bergerak pun difungsikan sebagai nosel, karena fungsinya yang sama dengan sudu tetap, maka bentuknya sama dengan sudu tetap, tetapi arah lengkungannya berlawanan.


Penurunan tekanan adalah sinambung dari tahap satu ke tahap berikutnya, dari sudu tetap dan sudu bergerak. Kecepatan absolutnya setiap melewati sudu tetap akan naik dan setelah melewati sudu bergerak akan turun, selanjutnya akan berulang sampai akhir tahap.

19

Turbin Uap


Pada gambar 17 adalah contoh segitiga kecepatan dari turbin rekasi dua tahap. Dari gambar segitiga kecepatan tersebut menunjukan bentuk segitiga kecepatan untuk sudu tetap akan sama, demikian juga untuk sudu gerak. Kecepatan Vs1 dari sudu tetap akan turun nilainya setelah melwati sudu bergerak menjadi Vs2,akan tetapi kecepatan relatinya menjadi besar yaitu Vr2. Selanjutnya, Vs2 dinaikan lagi nilainya setelah masuk ke sudu tetap, menjadi Vs3 yang sama dengan Vs1, dan seterusnya sampai tahap akhir turbin.

Daya yang dihasilkan turbin rekasi dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

dan daya optimum tercapai pada kecepatan sudu optimum yaitu

7. 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 uapa. Turbin aksial, yang uapnya mengalir dengan arah yang sejajar terhadap

poros turbin.

20


b. Turbin radial, yang arah aliran uapnya tegak lurus terhadap poros turbin.

3) Menurut jumlah silindera. turbin silinder tunggalb. turbin silinder gandac. turbin tiga silinderd. 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 dan 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 turbina. 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. Turbin 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 uapa. 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 uapa. Turbin uap dengan pemanas ulang tunggalb. Turbin uap dengan pemanas ulang ganda

21

Turbin Uap

8) Menurut lingkungan pengoperasiannyaa. Turbin darat, biasa terdapat pada industri atau PLTU untuk

menggerakkan generatorb. Turbin yang dioperasikan di kapal.

9) Menurut arah aliran uapa. Turbin aksial,

Fluida kerja mengalir dalam arah yang sejajar terhadap sumbu turbinb. Turbin radial,

Fluida kerja mengalir dalam arah yang tegak lurus terhadap sumbu turbin.

10) Menurut prinsip aksi uapa. 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 dipahami secara sederhana prinsip 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.

Turbin ini merubah arah dari aliran fluida berkecepatan tinggi menghasilkan putaran impuls dari turbin dan penurunan energi kinetik dari aliran fluida. Tidak ada perubahan tekanan yang terjadi pada fluida, penurunan tekanan terjadi di nozzle.Ciri-ciri dari turbin impuls antara lain:− Proses pengembangan uap / penurunan tekanan seluruhnya terjadi

pada sudu diam / nosel.− Akibat tekanan dalam turbin sama sehingga disebut dengan Tekanan

Rata.

22


Gambar 17. Prinsip Kerja Turbin Impuls

b. Turbin reaksiEkspansi 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 biasanya nekatingkat) lebih rendah yaitu sekitar 100 – 200 m/detik.

Turbin ini menghasilkan torsi dengan menggunakan tekanan atau massa gas atau fluida. Tekanan dari fluida berubah pada saat melewati sudu rotor. Pada turbin jenis ini diperlukan semacam sudu pada casing untuk mengontrol fluida kerja seperti yang bekerja pada turbin tipe multistage atau turbin ini harus terendam penuh pada fluida kerja (seperti pada kincir angin).

Gambar 17. Prinsip Kerja Turbin Reaksi

Ciri-ciri turbin ini adalah :− Penurunan tekanan uap sebagian terjadi di Nosel dan Sudu Gerak− Adanya perbedaan tekanan didalam turbin sehingga disebut Tekanan

Bertingkat.

23

Turbin Uap

Gambar 17. Perbandingan Turbin Impuls dan Turbin Reaksi

7. Siklus Rankine

Siklus Rankine setelah diciptakan langsung diterima sebagai standar pembangkit daya yang menggunakan uap (Steam). Siklus Rankie nyata yang digunakan dalam instalasi pembangkit daya jauh lebih rumit dari pada siklus Rankine ideal asli yang sederhana. Siklus merupakan siklus paling banyak digunakan untuk pembangkit daya listrik sekarang ini. oleh karena Siklus Rankine merupakan siklus uap air maka paling baik siklus ini digambarkan pada diagram P-v dan T-s dengan garis yang menunjukan uap jenuh dan cair jenuh. fluida kerjanya adalah (H2O).

24


Gambar 17. Siklus Rankine

Siklus ideal yang terjadi didalam turbin adalah siklus Renkine ; Air pada siklus 1 dipompakan, kondisinya adalah isentropik s1 = s2 masuk ke boiler dengan tekanan yang sama dengan tekanan di kondenser tetapi Boiler menyerap panas sedangkan kondenser melepaskan panas, kemudian dari boiler masuk ke turbin dengan kondisi super panas h3 = h4 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:

Gambar 17. Diagram Temperatur (T) – Enthalpy (s)

25

Turbin Uap

Menurut Hukum pertama Thermodinamika, kerja yang dihasilkan oleh suatu proses siklus adalah sama dengan Jumlah Perpindahan Kalor pada fluida kerja selama proses siklus tersebut berlangsung. Jadi untuk proses Siklus 1 – 2 – 2’ – 3 – 3’ – 4 – 1 Dengan rumus:W = o T dSW = Kerja per satuan berat fluida kerja Ds = Luas 1 – 2 - 2 – 2’ – 3 – 4 - 1 pada diagaram ( T – s )

Dalam kenyataan Siklus sistem Turbin Uap menyimpang dari Siklus Ideal (Siklus Rankine ) antara lain karena faktor tersebut dibawah ini :

1. Kerugian dalam pipa atau saluran fluida kerja, misalnya kerugian gesekan dan kerugian kalor ke atmosfer disekitarnya .

2. Kerugian tekanan dalam ketel uap3. Kerugian energi didalam turbin karena adanya gesekan pada fluida kerja

dan bagian-bagian dari turbin.

7. Perkembangan Turbin UapProses menghasilkan tenaga tergantung pada beberapa proses konversi energi, mulai dengan energi kimia dalam bahan bakar fosil atau energi nuklir dalam atom. energi ini diubah menjadi energi panas, yang kemudian ditransfer ke fluida kerja, dalam kasus ini kita coba menganalisa, uap (Steam). Energi panas diubah menjadi energi mekanik dengan bantuan kecepatan tinggi turbin rotor dan konversi akhir menjadi energi listrik dibuat melalui suatu listrik generator di aplikasi-pembangkit tenaga listrik. Presentasi dalam bagian ini berfokus pada penerapan daya listrik, namun juga relevan dengan aplikasi lain, seperti sebagai penggerak kapal.

Di seluruh dunia, industri-pembangkit listrik bergantung terutama pada turbin uap untuk produksi energi listrik. Di Amerika Serikat, sekitar 77% dari kapasitas terpasang pembangkit listrik adalah turbin uap-driven. Dari sisa 23%, tenaga air instalasi berkontribusi 13%, akun turbin gas untuk 9%, dan sisanya 1% merupakan dibagi di antara sumber daya panas bumi, diesel, dan solar. Akibatnya, lebih dari 99% dari listrik daya yang dihasilkan di Amerika Serikat dikembangkan oleh turbomachinery satu desain atau lain, dengan turbin uap tercatat sejauh ini bagian terbesar dari beban. Turbin uap memiliki hidup yang panjang dan penting setelah dilakukan pengembangan yang praktis pada akhir abad ke-19 disebabkan upaya yang dipimpin oleh CA Parsons dan G. DELAVAL. Perkembangan yang signifikan datang cukup cepat pada hari-hari awal di bidang propulsi kapal dan kemudian di industri pembangkit listrik.

Kondisi uap pada klep penutup (throttle) progresif naik, memberikan kontribusi untuk meningkatkan produksi daya dan efisiensi termal. Hal Itu munculnya energi nuklir baru sebagai sumber panas untuk produksi listrik memiliki efek sebaliknya di akhir 1950-an. Kondisi uap jatuh untuk mengakomodasi desain reaktor, dan harga satuan panas mengalami langkah kenaikan perubahan. Pada saat ini, satuan fosil klep penutup kondisi uap dasarnya telah diselesaikan di luar pada 2400 psi dan 1000° F dengan pemanasan ulang (Single reheat) sampai 1000° F. Lebih lanjut kemajuan dalam Pembangkit tenaga uap dicapai dengan

26


menggunakan boiler melalui penghataran tekanan uap superkritis pada tekanan 3500-4500 psi. Sebuah pabrik uap unik dengan memanfaatkan uap maju kondisi ini Eddystone No 1, yang dirancang untuk memberikan uap pada 5000 psi dan 1200° F ke klep penutup, dengan memanaskan ulang (reheat) sampai 1050° F dan kedua panaskan (Second reheat) juga sampai 1050° F. Ukuran unit meningkat pesat pada periode 1950-1970, sedangkan ukuran unit maksimum meningkat 200-1200 mW (peningkatan enam kali lipat) dalam rentang 20 tahun ini. Pada 1970-an, ukuran unit yang stabil, dengan unit baru umumnya dinilai secara substansial kurang maksimal ukuran.

Pada saat ini, bagaimanapun, ukuran yang diharapkan dari unit baru adalah sangat kurang, muncul untuk menjadi di kisaran 350-500 mW. Dalam hal tingkat panas (atau efisiensi termal), perubahan belum begitu dramatis. kecenderungan umum menunjukkan penurunan daya heat rate stasiun selama periode 80-tahun adalah disajikan pada Gambar. 1.

Gambar 18. Perkembangan Pembangkit Tenaga Uap

Munculnya pemanasan air umpan regeneratif pada tahun 1920 membawa pengurangan langkah perubahan dalam tingkat panas. Penurunan lebih lanjut dibawa oleh pengantar dari pemanasan uap. Perbaikan bertahap terus dalam sistem uap dan baru-baru ini dilengkapi dengan teknologi siklus gabungan, turbin / steam turbin gas sistem (lihat Gambar. 2). Dalam periode waktu yang

27

Turbin Uap

sama bahwa ukuran unit yang berubah dengan faktor enam (1950-1970), Nilai panas berkurang dari 20%, perubahan yang mencakup siklus gabungan. Pada kenyataannya, perbaikan bahkan kurang, peraturan sebagai lingkungan dan energi yang dibutuhkan untuk memuaskan mereka dapat mengkonsumsi sampai 6% atau lebih dari daya yang dihasilkan suatu unit. Laju peningkatan tingkat turbin siklus panas jelas menurun.

Gambar 18. Unit nilai panas berbahan bakar fosil sebagai fungsi waktu.

7. Marine (Steam) Turbines

Steam turbine pada penggerak kapal merupakan alat mekanik yang mengkonversikan thermal energy di uap bertekanan menjadi mechanical work. Energi uap dikonversi ke mechanical work dengan expansion uap melalui turbine. Expansion terjadi melalui serangkaian fixed blades (nozzles) dan masing-masing row dari moving blades each row terhadap fixed blades, moving blades dinamakan stage. Moving blades berputar pada central turbine rotor dan fixed blades secara konsentrik dirancang didalam circular turbine casing yang secara mutlak dirancang untuk menjaga steam pressure. Steam turbine yang digunakan dalam combined cycle harus memiliki karakteristik yaitu efisiensi yang tinggi dan waktu yang sedikit dalam start up. Steam turbine dioperasikan sesuai dengan pengoperasian di darat. Steam turbine merupakan pilihan utama untuk penggerak dengan tenaga yang sangat tinggi. Keuntungannya adalah kecilnya getaran, berat yang ringan, space minimum dan rendahnya biaya perawatan. Keuntungan lainnya menggunakan steam turbine adalah gerakan memutar langsung sehingga torsi menjadi lebih besar pada poros propeller, tidak ada internal mechanical friction, dan oleh karena itu, tidak membutuhkan pelumasan internal.

Mesin penggerak kapal yang pertama diinstal oleh Sir Charles Parsons ke kapal Turbinia pada tahun 1894, dengan kecepatan mencapai 34 knots. Kemudian turbines mengalami kemajuan pesat hingga pada tahun 1906, yang mana diaplikasikan sebagai tenaga penggerak untuk kapal perang HMS. Dreadnought dan kapal Atlantic Liner – Mauretania. Kebutuhan bahan bakar (fuel consumption) secara rata-rata untuk suatu Large Turbine adalah 0.30 kg per

28

http://kpn1.blogspot.com/2010/07/sistem-bahan-bakar-kapal-heavy-fuel-oil.html


kWh. Namun demikian, keunggulan segi ekonomis tersebut mengalami suatu tantangan dari sisi Non-reversible dan Rotational Speed, yang mana memerlukan pertimbangan teknis lebih lanjut. Untuk kepentingan reverse diperlukan adanya reversing turbines yang secara terpisah diinstal ke sistem. Sementara itu untuk mengatasi rotational speed-nya yang relatif tinggi, maka diperlukan adanya mechanical geared untuk menurunkan putaran output turbines khususnya untuk alat gerak kapal berjenis screw propeller, sehingga hal itu menyebabkan terjadinya power loss berkisar 2 hingga 4 persen. Penurunan putaran turbines (rpm) ke propeller shaft (poros propeller), dapat juga diatasi dengan merancang electric driven, yaitu dengan meng-couple secara langsung antara turbine dengan generator yang mana keduanya sama-sama memiliki operasional yang lebih efisien bila dalam kondisi putaran tinggi.

Gambar 18. Marine (steam) engine

Kemudian, generator men-supply listrik ke electric motor yang dihubungkan dengan poros propeller. Hal ini memberikan kelonggaran pada masalah lay-out engine room yang mana pengaruh hubungan poros secara langsung dari turbine ke propulsor dapat dieleminasi. Turbo-electric Drive juga memberikan keuntungan terhadap pengurangan untuk reversed gear mechanism serta fleksibilitas dalam operasinya. Namun demikian, power loss akibat transmisi tenaga serta investment perlu dipertimbangkan.

8. Operasional Turbin Penggerak Utama

8.1 Prosedur AwalProsedur untuk memulai , operasional, dan mematikan unit penggerak utama turbin, bagaimanapun bergantung pada bagian dari instalasi, bagaimanapun juga mengikuti prosedur secara umum yang konvensional, turbin-gear dalam satu set.Sebelum menyalakan turbin, harus memeriksa beberapa hal :

1. Memastikan jumlah minyak pelumas pada sistem tersebut2. Memastikan temperature dari minyak pelumas yang di suplai ke unit

tersebut sekurang-kurangnya 90 F sebelum unit tersebut dimatikan3. Mengganti air yang yang ada pada supplai terbawah, dan tangki sisa.

29

http://kpn1.blogspot.com/2011/01/poros-propeller-kapal.html

http://kpn1.blogspot.com/2011/04/generator-kapal.html

http://kpn1.blogspot.com/2011/04/generator-kapal.html

http://kpn1.blogspot.com/2011/02/propeller-kapal-baling-baling-kapal.html

http://kpn1.blogspot.com/2011/02/propeller-kapal-baling-baling-kapal.html

Turbin Uap

4. Memeriksa ketersediaan jumlah air yang disirkulasikan pada pendingin. Jika temperature minyak pelumas dari pendingin terkontrol secara manual, jangan mematikan sirkulasi air sampai jumlahnya terpenuhi

5. Menghidupkan pompa minyak pelumas dan memastikan minyak tersebut mengikuti aliran dan masuk ke semua bearing

6. Menggunakan indicator posisi rotor untuk menstabilkan putaran rotor turbin pada posisi yang tepat.

7. Memeriksa sambungan dan memastikan tidak ada penghalang ke propeller.

8. Mengikuti dan memulai menghidupkan motor dan putaran gear. Memeriksa dan melihat turbin dan gear tersebut berputar bebas. Mendengarkan dari banyak suara dari beberapa indicator masalah. Melanjutkan putaran turbin dengan putaran gear.

9. Membuat ketentuan katup jalur aliran uap utama ke unit penggerak telah tertutup rapat. Memeriksa dan memastikan tidak ada tekanan uap dalam jalur ke turbine, lalu buka dan tutup throttle, throttle belakang, mengarahkan katup kedepan dan memastikan operasional tersebut sebelum uap ke turbin. Setelah memeriksa , lalu tutup katup tersebut.

8.2 Pemanasan TurbinTurbin memungkinkan untuk langsung di operasikan dalam kondisi dingin tanpa pemanasan jika rotor lurus, tetapi setelahnya tidak akan maksimal dalam operasionalnya. Mengoperasikan turbin tanpa pemanasan lebih baik hanya dalam keadan darurat saja. Berikut adalah prosedur pemanasan turbin :

1. Buka semua saluran pada jalur uap utama, casing, dan garis kelenjar segel uap untuk menghilangkan kondensasi

2. Jalankan kipas pengisap debu dan mengatur sistem segel uap dalam tekanan segel 0,5 sampai 1,5 psig.

3. Letakkan peralatan kondensasi dalam servis untuk memberi vakum dari sekitar 10 in.Hg., Tekanan vakum yang lebih tinggi selama pemanasan akan memperpanjang waktu pemanasan serta dapat menyebakan persamaan suhu yang mengakibatkan distorsi.

4. Lanjutkan penggunaan turning gear sekitar 15 menit.5. Dapatkan izin dari anjungan untuk menjalankan mesin utama.6. Stop turning gear, lepaskan, dan aman.7. Buka katup uap utama untuk mengatur uap dengan throttle valve

kedepan atau belakang.8. Membuka throttle valve secara bergantian ke depan dan belakang cukup

untuk mengubah unit selama beberapa detik, pertama dalam satu arah dan kemudian arah sebaliknya. Hal ini untuk menghindari peletakan di jalan kapal, ketegangan garis dermaga, atau naik di atas jangkar saat ditambatkan. Ulangi prosedur ini setiap lima menit selama 20 sampai 30 menit. Atau sampai kapal siap untuk bergerak.

9. Sebelum kapal bergerak posisikan vakum pada keadaan normal.

8.3 Persiapan

30


Menjaga turbin tetap terbuka dan melanjutkan putaran pada unit tersebut kedepan dan kebelakang pada interval yang tidak lebih dari 5 menit. Dengan steam yang mensuppaly kedalam sistem kekedapan. Rotor turbin seharusnya tidak diizinkan pada putaran yang tetap lebih dari 5 menit.

Selanjutnya efisiensi operasional dari turbin uap tergantung perawatan dari radial packing cleareacen yang kecil. Clearances dapat dirawat dan direncanakan nilainya hanya dengan menjaga rotor dari turbin, dan memeliharan kondisi tersebut seperlunya sebagai keseragamaan temperatur disekitar rotor. Ketika rotor seimbang panas akan terkonsentrasi keatas. Itu membuat hasil panas sementara atau distorsi dari rotor dengan konsekunsi rubbing dan wear dari tempat tersebut berputar kemudian berkumpul.

8.4 Berlangsung di LautKetika manuver telah selesai dan kapal melanjutkan ke laut, tutup semua saluran air turbin dan pastikan bahwa throttle astern dan katup menjaga astern yang tertutup rapat. Kemudian unit dapat dibawa dengan kecepatan setengah. Kecepatan yang lebih tinggi harus dicapai secara bertahap, dan setidaknya 15 menit harus diambil untuk mencapai kecepatan penuh, kecuali dalam keadaan darurat.

Periksa lokasi aksial rotor turbin dengan indikator posisi rotor, dan ulangi setidaknya sekali setiap hari dengan pengukuran yang dilakukan kira-kira pada rpm yang sama.

Periksa tekanan, suhu, kadar minyak dan indikator aliran berkala untuk melihat bahwa mereka tetap normal. Jika bantalan apapun menunjukkan tanda-tanda pemanasan berlebihan atau perubahan suhu dijelaskan, memperlambat segera dan memastikan penyebabnya.

Periksa dan bersihkan saringan oli teratur. Benda asing ditemukan di saringan harus diperiksa dan dilacak ke sumbernya. Jejak air harus dihapus dengan pembersih. Secara berkala sampel minyak harus dianalisis untuk memeriksa ph, viskositas, aditif, kadar air dan properti lainnya.

Dalam hal tekanan pelumas-minyak hilang karena alasan apapun, perjalanan minyak rendah tekanan akan mematikan uap depan. Jika kapal tersebut berlangsung depan, akan terus ke pantai untuk beberapa waktu. Karena tindakan hidrodinamika air di baling-baling, baling-baling akan terus menghidupkan ke arah depan dan akan memutar mesin. Untuk menghindari kegagalan bantalan, adalah sangat penting bahwa rotasi poros dihentikan dengan menggunakan uap astern sampai kapal berhenti atau tekanan minyak dipulihkan.

Kondisi steam inlet harus dipantau secara berkala. Jika suhu inlet uap abnormal tinggi diperbolehkan selama jangka waktu tertentu, kerusakan mungkin terjadi. Jika suhu inlet terlalu rendah, maka erosi kelembaban akan meningkat pada tahap terakhir dari rendah - tekanan turbin.

31

Turbin Uap

Operator harus terus-menerus waspada untuk setiap perubahan abnormal pada tingkat kebisingan, untuk suara yang tidak biasa, dan untuk indikasi pf meningkatkan getaran, terutama selama manuver. Jika seperti dicatat, memperlambat sampai kebisingan atau getaran menghilang. Beroperasi selama sampai 10 menit ini mengurangi kecepatan, lalu perlahan-lahan meningkatkan kecepatan, mengambil setidaknya 15 menit untuk mencapai daya operasi.

Jika rotor menjadi lambat sementara karena kondisi termal dan gesekan pada strip kemasan, panas akan dihasilkan pada permukaan poros pada segmen kecil lingkar. Ini akan menaikkan distorsi poros dan menyebabkan gesekan lebih keras, yang akan menghasilkan panas tambahan sehingga gesekan menjadi semakin buruk, mungkin hasilnya yang parah. Oleh karena itu, perlu untuk memperlambat, memberikan waktu untuk suhu di poros untuk menyamakan dan dengan demikian memungkinkan poros untuk meluruskan.

8.5 Operasi Astern BerkepanjanganPenggerak utama uap turbin dirancang untuk kapal-kapal pedagang umumnya mampu astern beroperasi terus-menerus pada 70% dari kecepatannya selama satu jam tanpa bahaya kerugian rotasi yang menyebabkan overheating dari blading. Kinerja ini bergantung pada exhaust vacuum yang di atau dekat nilai desain. Selain itu, harus tidak ada kebocoran uap ke turbin melalui throttle atau katup ekstraksi. Jika suhu di pipa crossover dan turbin bertekanan tinggi melebihi nilai-nilai yang diijinkan, kecepatan harus dikurangi.

Perlu dicatat bahwa jika inlet uap suhu konstan, suhu astern exhaust akan naik dengan penurunan kecepatan ketika exhaust superheated dan efisiensi turbin menurun.

8.6 Mengamankan TurbineProsedur berikut harus diikuti ketika mengamankan turbin:

1) Menutup semua katup kontrol turbin dan katup di jalur utama uap ke turbin.

2) membuka semua saluran turbin.3) Engage dan start turning gear. Hal ini memungkinkan rotor turbin dingin

secara seragam sementara memungkinkan sirkulasi minyak panas yang ditransmisikan melalui shaft dibawa dari bantalan dan dengan demikian menghindari kemungkinan kerusakan lapisan.

4) Mengamankan gland sealing dan exhaust systems.5) Menjaga kondensor bersirkulasi dan kondensat pompa beroperasi pada

kecepatan minimum sampai turbin dikeringkan, kemudian aman.6) Mengamankan tahap pertama jet udara ejektor tetapi meninggalkan

tahap kedua jet bekerja selama beberapa jam untuk menarik udara melalui turbin. Ini harus diulang setiap dua atau tiga hari untuk menjaga turbin kering.

7) ketika turbin telah didinginkan cukup untuk menghindari membungkuk, amankan semua peralatan terkait.

32


8) Sirkulasi minyak dan mengoperasikan turning gear setiap dua atau tiga hari di pelabuhan, meliputi semua bagian yang dapat digunakan dengan pelumas untuk mencegah berkarat.

8.7 Emergency Operation (Pengoperasian Saat Darurat)Jika salah satu dari turbine dari unit cross compound mengalami kerusakan hingga dalam batasan tidak dapat beroperasi kembali. Turbin yang lainnya dapat dijalankan pada high-Pressure Steam (tekanan uap yang tinggi) dengan menyusun kembali Steam dan sambungan Exhaust yang diperlukan. Turbin yang rusak dilepaskan dari reduction gear dan tetap dalam kondisi stand by.

Ketika mengoperasikan turbine tunggal yang memiliki high pressure (tekanan tinggi), maka pipa khusus akan disediakan untuk exhaust directly (pembuangan langsung) ke condenser. Jika turbin yang paling belakang/akhir diletakan pada turbine Low-Pressure (tekanan rendah) dan hal ini biasanya terjadi, tidak ada pengoperasian bagian belakang yang diperbolehkan dan saat bagian belakang dinyalakan seharusnya kabel-kabel ditutup untuk mencegah terjadinya kesalahan pengoperasiaan.

Ketika high-pressure turbin (turbin tekanan tinggi sedang dalam perbaikan, High pressure steam diarahkan langsung menuju inlet dari low pressure turbine dan dikendalikan oleh valve-valve pada jalur-jalur yang dilalui yang nantinya akan berhubungan dengan throttle. Nozzle yang biasanya dipasang setelah valve untuk membatasi tekanan untuk memenuhi nilai yang diizinkan.

Power output yang berkurang tidak hanya disebabkan oleh menurunnya efisiensi turbine tetapi juga mempertimbangkan gear loadings ketika beroperasi dengan turbine tunggal, gear ini didorong oleh turbine tunggal yang dimuatkan ke desain torque values ketika kecepatan propeller ditambah kira-kira 70% dan sesuai dengan power 35% pada kondisi normal. Hal ini umumnya direkomendasiakan sebagai emergency speed yang dimana tidak melebihi 70-75 % dari kondis normal.

9. Kesimpulan

Turbin uap merupakan suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi mekanis dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin dihubungkan dengan yang digerakkan, yaitu generator atau peralatan mesin lainnya, menggunakan mekanisme transmisi roda gigi.

8. Referensi

Harrington, Roy L., (1992). Marine Enginering, The Society of Naval Architects and Marine Engineers, New Jersey, United States of America

Arismunandar, Penggerak Mula Turbin, ITB Bandung, 1988

33

Turbin Uap

Shlyakin P. Steam Turbines, Theory and Design, Foreign Language Houses, Moscow

Stodola A., Steam and Gas Turbines, Vol 1, Mc. Graw Hill Book Company Inc. New York

Myer Kutz, Mechanical Engineer's Handbook : Energy and Power Vol 4 Third Edition. John Wiley & Sons. Inc. 2006

Yuriadi K. Thermodinamika Terapan, Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana. Jakarta http://www.agussuwasono.com/artikel/mechanical/566-prinsip-dasar-turbin-uap.html

34

9_4211106009_Andri Prasetyo H._main Propulsion Turbine Operation

Documents

Transcript of 9_4211106009_Andri Prasetyo H._main Propulsion Turbine Operation