Boiler, Pompa, Turbin dan Kondensor

A.   BOILER

1.  PENGERTIAN BOILERBoiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk

air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk

mengalirkan panas ke suatu proses.  Air adalah media yang berguna dan murah untuk

mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumnya akan

meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah

meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat

baik.

Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan bakar. Sistem

air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam.

Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan.  Sistem steam

mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem

pemipaan ke titik pengguna.  Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran

dan dipantau dengan  alat pemantau tekanan.  Sistem bahan bakar  adalah semua peralatan yang

digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan.

Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang

digunakan pada sistem.

Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam disebut  air umpan. Dua sumber

air umpan adalah: (1) Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan (2)

Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari lua r ruang boiler dan

plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan  economizer untuk

memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang.

2.     JENIS BOILER

Bagian ini menerangkan tentang berbagi jenis boiler:  Fire tube boiler, Water tube boiler,

Paket boiler, Fluidized bed combustion boiler, Atmospheric fluidized bed combustion boiler, 

Pressurized fluidized bed combustion boiler, Circulating fluidized bed combustion boiler, Stoker

fired boiler, Pulverized fuel boiler,  Boiler pemanas limbah (Waste heat boiler) dan and Pemanas

fluida termis.

2.1    Fire Tube Boiler

Pada  fire tube boiler, gas panas melewati pipa-pipa  dan air umpan boiler ada didalam shell

untuk dirubah menjadi steam.  Fire tube boilers biasanya digunakan untuk kapasitas steam yang

relative kecil dengan tekanan steam rendah sampai sedang. Sebagai pedoman,  fire tube boilers

kompetitif untuk kecepatan steam sampai 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm2. 

Fire tube boilers dapat menggunakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan bakar padat

dalam operasinya. Untuk alasan ekonomis, sebagian besar fire tube boilers dikonstruksi sebagai “

paket” boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.

2.2    Water Tube Boiler

Pada  water tube boiler,  air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa masuk kedalam drum.

Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk steam pada daerah uap dalam

drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan s team dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus

boiler untuk pembangkit tenaga.  Water tube boiler  yang sangat modern dirancang dengan

kapasitas steam antara 4.500  –  12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak water tube

boilers  yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas. Untuk

water tube yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara paket.

Karakteristik water tube boilers sebagai berikut:  

      Forced, induced  dan balanced draft  membantu untuk meningkatkan efisiensi pembakaran

      Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air.

      Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi.

2.3    Paket Boiler

Disebut boiler paket sebab sudah tersedia sebagai paket yang lengkap. Pada saat dikirim ke

pabrik, hanya memerlukan pipa steam, pipa air, suplai bahan bakar dan sambungan listrik untuk

dapat beroperasi.  Paket boiler biasanya merupakan tipe shell and tube dengan rancangan  fire

tube dengan transfer panas baik  radiasi maupun konveksi yang tinggi. 

Ciri -ciri dari packaged boilers adalah: 

      Kecilnya ruang pembakaran dan tingginya panas yang dilepas menghasilkan penguapan yang

lebih cepat. 

      Banyaknya jumlah pipa yang berdiameter kecil membuatnya memiliki perpindahan panas

konvektif yang baik. 

      Sistem forced atau induced draft menghasilkan efisiensi pembakaran yang baik. 

      Sejumlah lintasan/pass menghasilkan perpindahan panas keseluruhan yang lebih baik.

      Tingkat efisiensi thermisnya yang lebih tinggi dibandingkan dengan boiler lainnya. 

Boiler tersebut  dikelompokkan berdasarkan jumlah  pass nya yaitu  berapa kali gas

pembakaran melintasi boiler. Ruang pembakaran ditempatkan sebagai lintasan pertama setelah

itu kemudian satu, dua, atau tiga set pipa api.  Boiler yang paling umum dalam kelas ini adalah

unit tiga  pass/  lintasan dengan dua set fire-tube/pipa api dan gas buangnya keluar dari belakang

boiler.

2.4    Boiler Pembakaran dengan Fluidized Bed (FBC) 

Pembakaran dengan fluidized bed (FBC) muncul sebagai  alternatif yang memungkinkan

dan memiliki kelebihan yang cukup berarti dibanding sistim pembakaran yang konvensional dan

memberikan banyak keuntungan –  rancangan boiler yang kompak, fleksibel terhadap bahan

bakar, efisiensi pembakaran yang tinggi dan berkurangnya emisi  polutan yang merugikan

seperti  SOx  dan NOx.  Bahan bakar yang  dapat  dibakar dalam boiler ini  adalah batubara,

barang  tolakan dari  tempat pencucian pakaian, sekam padi,  bagas & limbah pertanian lainnya.  

Boiler  fluidized bed memiliki kisaran kapasitas yang luas yaitu  antara 0.5 T/jam sampai  lebih

dari 100 T/jam.

Bila udara atau gas  yang terdistribusi secara merata dilewatkan keatas melalui  bed partikel

padat seperti pasir yang disangga oleh saringan halus, partikel tidak akan terganggu pada

kecepatan yang rendah. Begitu kecepatan udaranya berangsur-angsur naik, terbentuklah suatu

keadaan dimana partikel tersuspensi  dalam aliran udara - bed  tersebut  disebut  “

terfluidisasikan” . 

Dengan kenaikan kecepatan udara selanjutnya, terjadi pembentukan gelembung,   turbulensi

yang kuat, pencampuran cepat dan pembentukan permukaan  bed yang rapat.  Bed partikel padat

menampilkan sifat cairan mendidih dan  terlihat seperti fluida - “ bed gelembung fluida/bubbling

fluidized bed”.

Jika partikel pasir dalam keadaan terfluidi sasikan dipanaskan hingga ke suhu  nyala

batubara, dan batubara diinjeksikan secara terus menerus ke bed, batubara akan terbakar dengan

cepat dan bed mencapai suhu yang seragam. Pembakaran dengan  fluidized bed (FBC)

berlangsung pada suhu sekitar 840OC hingga 950OC. Karena suhu ini jauh berada dibawah

suhu  fusi  abu, maka pelelehan abu dan permasalahan yang terkait didalamnya dapat dihindari. 

Suhu pembakaran yang lebih rendah tercapai disebabkan tingginya koefisien perpindahan

panas sebagai akibat pencampuran cepat dalam fluidized bed dan ekstraksi panas yang efektif

dari  bed melalui perpindahan panas pada pipa dan dinding bed.  Kecepatan gas dicapai diantara

kecepatan fluidisasi minimum  dan kecepatan  masuk partikel. Hal ini menjamin operasi bed

yang stabil dan menghindari  terbawanya partikel dalam jalur gas. 

2.5    Atmospheric Fluidized Bed Combustion (AFBC) Boiler

Kebanyakan boiler yang beroperasi untuk jenis ini adalah  Atmospheric Fluidized Bed

Combustion (AFBC)  Boiler. Alat ini  hanya berupa  shell boiler konvensional biasa yang

ditambah dengan sebuah fluidized bed combustor. Sistim seperti  telah dipasang  digabungkan

dengan water tube boiler/ boiler pipa air konvensional. 

Batubara dihancurkan menjadi ukuran  1 – 10 mm  tergantung pada tingkatan batubara dan

jenis pengumpan udara ke ruang pembakaran. Udara atmosfir, yang bertindak sebagai udara

fluidisasi dan pembakaran, dimasukkan dengan tekanan, setelah diberi pemanasan awal oleh gas

buang bahan bakar. Pipa dalam bed yang membawa air pada umumnya bertindak sebagai

evaporator.  Produk gas hasil pembakaran melewati bagian  super heater  dari  boiler lalu

mengalir ke economizer, ke pengumpul debu dan pemanas awal udara sebelum dibuang ke

atmosfir. 

2.6    Pressurized Fluidized Bed Combustion (PFBC) Boiler

Pada tipe Pressurized Fluidized bed Combustion (PFBC), sebuah kompresor memasok

udara Forced Draft (FD), dan pembakarnya merupakan tangki bertekanan. Laju panas yang

dilepas dalam  bed sebanding dengan tekanan  bed  sehingga bed yang dalam digunakan untuk

mengekstraksi sejumlah besar panas.  Hal ini akan meningkatkan efisiensi pembakaran dan

peyerapan sulfur dioksida dalam bed. Steam dihasilkan didalam dua ikatan pipa, satu di bed dan

satunya lagi berada diatasnya.  Gas panas dari cerobong    menggerakan turbin  gas pembangkit 

tenaga. Sistim PFBC dapat digunakan untuk pembangkitan  kogenerasi  (steam dan listrik) atau

pembangkit tenaga dengan siklus gabungan/combined cycle.  Operasi combined cycle (turbin gas

& turbin  uap) meningkatkan efisiensi konversi keseluruhan sebesar 5 hingga 8 persen.   

2.7    Atmospheric Circulating Fluidized Bed Combustion Boilers (CFBC)

Dalam sistim sirkulasi, parameter bed dijaga untuk membentuk  padatan melayang  dari 

bed.  Padatan diangkat pada fase yang relatif terlarut dalam pengangkat padatan, dan sebuah

down-comer dengan sebuah  siklon  merupakan aliran  sirkulasi  padatan. Tidak terdapat pipa

pembangkit  steam yang terletak dalam  bed. Pembangkitan dan pemanasan berlebih steam

berlangsung di bagian konveksi, dinding air, pada keluaran pengangkat/ riser.   Boiler  CFBC 

pada umumnya lebih ekonomis daripada boiler  AFBC, untuk penerapannya di industri

memerlukan lebih dari 75 –  100 T/jam steam.  Untuk unit yang besar, semakin tinggi

karakteristik tungku boiler  CFBC akan memberikan penggunaan ruang yang semakin baik,

partikel bahan bakar  lebih besar, waktu tinggal bahan penyerap untuk pembakaran yang efisien

dan penangkapan  SO2 yang semakin besar pula, dan semakin mudah penerapan  teknik

pembakaran untuk pengendalian NOx  daripada  pembangkit  steam AFBC.

2.8    Stoker Fired Boilers

Stokers  diklasifikasikan menurut metode pengumpanan bahan bakar ke tungku dan oleh

jenis grate nya. Klasifikasi utamanya adalah spreader stoker dan chain-gate atau traveling-gate

stoker.

2.8.1   Spreader stokers

Spreader stokers memanfaatkan kombinasi  pembakaran suspensi  dan pembakaran  grate.

Batubara  diumpankan  secara kontinyu ke  tungku  diatas  bed pembakaran batubara. Batubara

yang halus dibakar dalam suspensi; partikel yang lebih besar akan jatuh ke  grate, dimana

batubara ini akan dibakar dalam  bed batubara yang tipis dan pembakaran cepat.  Metode

pembakaran ini memberikan leksibilitas yang baik  terhadap fluktuasi beban, dikarenakan

penyalaan hampir terjadi  secara  cepat bila laju pembakaran meningkat. Karena  hal ini, 

spreader stoker  lebih disukai dibanding jenis stoker lainnya dalam berbagai penerapan di

industri. 

2.8.2   Chain-grate atau traveling-grate stoker

Batubara diumpankan ke ujung  grate baja yang bergerak.  Ketika  grate bergerak sepanjang 

tungku, batubara terbakar sebelum  jatuh pada  ujung sebagai abu. Diperlukan tingkat

keterampilan tertentu, terutama bila menyetel  grate,  damper udara dan baffles,  untuk menjamin

pembakaran yang bersih serta menghasilkan seminimal mungkin jumlah  karbon yang tidak

terbakar dalam abu.  

Hopper umpan batubara memanjang di   sepanjang seluruh ujung umpan batubara pada

tungku. Sebuah grate batubara digunakan untuk mengendalikan kecepatan batubara yang

diumpankan ke tungku  dengan mengendalikan ketebalan bed bahan bakar. Ukuran batubara

harus seragam sebab bongkahan yang besar tidak akan terbakar sempurna pada waktu mencapai

ujung grate. 

2.9    Pulverized Fuel Boiler

Kebanyakan boiler stasiun pembangkit tenaga yang berbahan bakar batubara menggunakan

batubara  halus, dan banyak boiler pipa air di industri yang lebih besar juga menggunakan

batubara yang  halus. Teknologi ini  berkembang dengan baik dan diseluruh dunia terdapat

ribuan unit dan lebih dari 90 persen kapasitas pembakaran batubara merupakan jenis ini.  

Untuk batubara jenis bituminous, batubara  digiling  sampai menjadi  bubuk halus,  yang 

berukuran +300 micrometer (µm) kurang dari 2 persen dan yang berukuran dibawah 75 microns

sebesar 70-75 persen. Harus diperhatikan bahwa bubuk yang terlalu halus akan memboroskan

energi penggilingan. Sebaliknya, bubuk yang terlalu kasar tidak  akan terbakar sempurna pada

ruang pembakaran dan menyebabkan kerugian yang lebih besar karena bahan yang tidak

terbakar.  Batubara bubuk dihembuskan dengan sebagian udara pembakaran masuk menuju plant

boiler melalui serangkaian  nosel  burner.  Udara sekunder dan tersier dapat juga ditambahkan.

Pembakaran berlangsung pada suhu dari 1300  - 1700 ° C,  tergantung pada kualitas batubara.

Waktu tinggal partikel dalam boiler biasanya 2 hingga 5 detik, dan partikel harus cukup kecil

untuk pembakaran yang sempurna.

Sistim ini memiliki banyak keuntungan seperti kemampuan membakar berbagai kualitas

batubara,  respon yang cepat terhadap perubahan beban muatan, penggunaan suhu udara

pemanas awal yang tinggi dll.  Salah satu sistim yang paling populer untuk pembakaran

batubara  halus adalah pembakaran tangensial dengan menggunakan empat buah  burner  dari

keempat sudut untuk menciptakan bola api pada pusat tungku. 

2.10     Boiler Limbah Panas

Dimanapun tersedia limbah panas pada suhu sedang atau tinggi,  boiler limbah panas dapat

dipasang secara ekonomis.  Jika kebutuhan  steam lebih dari  steam yang dihasilkan 

menggunakan gas buang panas,  dapat digunakan  burner  tambahan yang menggunakan  bahan

bakar.  Jika  steam  tidak  langsung dapat digunakan,    steam  dapat dipakai untuk memproduksi

daya listrik menggunakan generator turbin  uap. Hal ini banyak digunakan dalam pemanfaatan

kembali panas dari gas buang dari turbin gas dan mesin diesel. 

2.11     Pemanas Fluida Termis 

Saat ini, pemanas fluida termis telah digunakan secara luas dalam berbagai penerapan untuk

pemanasan proses tidak langsung.  Dengan menggunakan  fluida petroleum sebagai media

perpindahan panas, pemanas tersebut memberikan suhu yang konstan.  Sistim pembakaran

terdiri  dari sebuah  fixed grate dengan susunan  draft mekanis. 

Pemanas fluida thermis modern berbahan bakar minyak terdiri dari sebuah kumparan ganda,

konstruksi tiga  pass dan dipasang dengan sistim jet tekanan. Fluida termis, yang bertindak

sebagai pembawa panas, dipanaskan dalam pemanas dan disirkulasikan melalui peralatan

pengguna.  Disini fluida memindahkn panas untuk proses melalui  penukar panas,  kemudian 

fluidanya dikembalikan ke pemanas. Aliran fluida termis pada ujung pemakai dikendalikan oleh

katup pengendali yang ioperasikan secara pneumatis, berdasarkan suhu operasi.  Pemanas

beroperasi pada api yang tinggi atau rendah tergantung pada suhu minyak yang kembali yang

bervariasi tergantung beban sistim. 

Keuntungan pemanas tersebut adalah:  

           Operasi sistim tertutup dengan kehilangan minimum dibanding dengan boiler steam.

           Operasi sistim tidak bertekanan bahkan untuk suhu sekitar  250 0C  dibandingkan kebutuhan

tekanan steam 40 kg/cm2 dalam sistim steam yang sejenis. 

           Penyetelan kendali otomatis, yang memberikan fleksibilitas operasi. 

           Efisiensi thermis yang baik  karena tidak adanya kehilangan  panas  yang diakibatkan oleh

blowdown, pembuangan kondensat dan flash steam.  

Faktor ekonomi keseluruhan  dari pemanas fluida thermis tergantung pada penerapan

spesifik dan dasar acuannya. Pemanas fluida thermis berbahan bakar batubara dengan kisaran

efisiensi panas 55-65 persen merupakan yang paling nyaman digunakan dibandingkan dengan

hampir kebanyakan boiler.  Penggabungan peralatan pemanfaatan kembali panas dalam gas

buang akan mempertinggi tingkat efisiensi termis selanjutnya.

B.     POMPA

1.     PENDAHULUANBagian ini menjelaskan secara ringkas ciri-ciri utama pompa dan sistim pemompaan.

1.1   Apa yang dimaksud dengan pompa dan sistim pemompaan?

Sistim pemompaan bertanggung jawab terhadap hampir 20% kebutuhan energi listrik dunia

dan penggunaan energi dalam operasi pabrik industri tertentu berkisar 25-50% (US DOE, 2004).

Pompa memiliki dua kegunaan utama:

         Memindahkan cairan dari satu tempat ke tempat lainnya (misalnya air dari aquifer bawah tanah

ke tangki penyimpan air)

         Mensirkulasikan cairan sekitar sistim (misalnya air pendingin atau pelumas yang  melewati

mesin-mesin dan peralatan)

Komponen utama sistim pemompaan adalah:

         Pompa(beberapa jenis pompa dijelaskan dalam bagian 2)

         Mesin penggerak: motor listrik, mesin diesel atau sistim udara

         Pemipaan, digunakan untuk membawa fluida

         Kran, digunakan untuk mengendalikan aliran dalam sistim

         Sambungan, pengendalian dan instrumentasi lainnya

         Peralatan pengguna akhir, yang memiliki berbagai persyaratan(misalnya tekanan, aliran) yang

menentukan komponen dan susunan sistim pemompaan. Contohnya adalah alat penukar panas,

tangki dan mesin hidrolik.

Pompa dan mesin penggerak biasanya merupakan komponen yang paling efisien energinya.

1.2    Karakteristik sistim pemompaan

1.2.1         Tahanan sistim : head

Tekanan diperlukan untuk memompa cairan melewati sistim pada laju tertentu. Tekanan ini

harus cukup tinggi untuk mengatasi tahanan sistim, yang juga disebut “head”. Head total

merupakan jumlah dari head statik dan head gesekan/ friksi:

a)        Head statik

Head statik merupakan perbedaan tinggi antara sumber dan tujuan dari cairan yang dipompakan

(lihat Gambar 2a). Head statik merupakan aliran yang independen (lihat Gambar 2b). Head statik

pada tekanan tertentu tergantung pada berat cairan dan dapat dihitung dengan persamaan perikut:

Head statik terdiri dari:

      Head hhisapan statis (hS): dihasilkan dari pengangkatan cairan relatif terhadap garis pusat

pompa. hS nilainya positif jika ketinggian cairan diatas garis pusat pompa, dan negatif jika

ketinggian cairan berada dibawah garis pusat pompa (juga disebut “pengangkat hisapan”)

      Head pembuangan statis (hd): jarak vertikal antara garis pusat pompa dan permukaan cairan

dalam tangki tujuan.

b)        Head gesekan/ friksi (hf)

Ini merupakan kehilangan yang diperlukan untuk mengatasi tahanan untuk mengalir dalam pipa

dan sambungan-sambungan. Head ini tergantung pada ukuran, kondisi dan jenis pipa, jumlah

dan jenis sambungan, debit aliran, dan sifat dari cairan. Head gesekan/ friksi sebanding dengan

kwadrat debit aliran. Loop tertutup sistim sirkulasi hanya menampilkan head gesekan/ friksi

(bukan head statik). Dalam hampir kebanyakan kasus, head total sistim merupakan gabungan

antara head statik dan head gesekan.

1.2.2        Kurva kinerja pompa

Head dan debit aliran menentukan kinerja sebuah pompa yang secara grafis ditunjukkan dalam

Gambar 5 sebagai kurva kinerja atau kurva karakteristik pompa. Gambar memperlihatkan kurva

pompa sentrifugal dimana head secara perlahan turun dengan meningkatnya aliran.

Dengan meningkatnya tahanan sistim, head juga akan naik. Hal ini pada gilirannya akan

menyebabkan debit aliran berkurang dan akhirnya mencapai nol. Debit aliran nol hanya dapat

diterima untuk jangka pendek tanpa menyebabkan pompa terbakar

1.2.3        Titik operasi pompa

Debit aliran pada head tertentu disebut titik tugas. Kurva kinerja pompa terbuat dari banyak titik-

titik tugas. Titik operasi pompa ditentukan oleh perpotongan kurva sistim dengan kurva pompa

sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 6.

1.2.4         Kinerja hhisapan pompa (NPSH)

Kavitasi atau penguapan adalah pembentukan gelembung dibagian dalam pompa. Hal ini dapat

terjadi manakala tekanan statik fluida setempat menjadi lebih rendah dari tekanan uap cairan

(pada suhu sebenarnya). Kemungkinan penyebabnya adalah jika fluida semakin cepat dalam kran

pengendali atau disekitar impeler pompa. Penguapan itu sendiri tidak menyebabkan kerusakan.

Walau demikian, bila kecepatan berkurang dan tekanan bertambah, uap akan menguap dan jatuh.

Hal ini memiliki tiga pengaruh yang tidak dikehendaki:

           Erosi permukaan baling-baling, terutama jika memompa cairan berbasis air.

           Meningkatnya kebisingan dan getaran, mengakibatkan umur sil dan bearing menjadi lebih

pendek

           Menyumbat sebagian lintasan impeler, yang menurunkan kinerja pompa dan dalam kasus yang

ekstrim dapat menyebabkan kehilangan head total.

Head Hisapan Positif Netto Tersedia / Net Positive Suction Head Available (NPSHA)

menandakan jumlah hhisapan pompa yang melebihi tekanan uap cairan, dan merupakan

karakteristik rancangan sistim. NPSH yang diperlukan (NPSHR) adalah hisapan pompa yang

diperlukan untuk menghindari kavitasi, dan merupakan karakteristik rancangan pompa.

2.     JENIS-JENIS POMPABagian ini menjelaskan berbagai jenis pompa.2 Pompa hadir dalam berbagai ukuran untuk

penggunaan yang luas. Pompa-pompa dapat digolongkan menurut prinsip operasi dasarnya

seperti pompa dinamik atau pompa pemindahan positif.

Pada prinsipnya, cairan apapun dapat ditangani oleh berbagai rancangan pompa. Jika berbagai

rancangan pompa digunakan, pompa sentrifugal biasanya yang paling ekonomis diikuti oleh

pompa rotary dan reciprocating. Walaupun, pompa perpindahan positif biasanya lebih efisien

daripada pompa sentrifugal, namun keuntungan efisiensi yang lebih tinggi cenderung diimbangi

dengan meningkatnya biaya perawatan.

2.1    Pompa perpindahan positif

Pompa perpindahan positif dikenal dengan caranya beroperasi: cairan diambil dari salah satu

ujung dan pada ujung lainnya dialirkan secara positif untuk setiap putarannya. Pompa

perpindahan positif digunakan secara luas untuk pemompaan fluida selain air, biasanya fluida

kental.

Pompa perpindahan positif selanjutnya digolongkan berdasarkan cara perpindahannya:

         Pompa Reciprocating jika perpindahan dilakukan oleh maju mundurnya jarum piston. Pompa

reciprocating hanya digunakan untuk pemompaan cairan kental dan sumur minyak.

         Pompa Rotary jika perpindahan dilakukan oleh gaya putaran sebuah gir, cam atau baling-baling

dalam sebuah ruangan bersekat pada casing yang tetap. Pompa rotary selanjutnya digolongkan

sebagai gir dalam, gir luar, lobe, dan baling-baling dorong dll. Pompapompa tersebut digunakan

untuk layanan khusus dengan kondisi khusus yang ada di lokasi industri.

Pada seluruh pompa jenis perpindahan positif, sejumlah cairan yang sudah ditetapkan dipompa

setelah setiap putarannya. Sehingga jika pipa pengantarnya tersumbat, tekanan akan naik ke nilai

yang sangat tinggi dimana hal ini dapat merusak pompa.

2.2    Pompa Dinamik

Pompa dinamik juga dikarakteristikkan oleh cara pompa tersebut beroperasi: impeler yang

berputar mengubah energi kinetik menjadi tekanan atau kecepatan yang diperlukan untuk

memompa fluida.

Terdapat dua jenis pompa dinamik :

         Pompa sentrifugal merupakan pompa yang sangat umum digunakan untuk pemompaan air

dalam berbagai penggunaan industri. Biasanya lebih dari 75% pompa yang dipasang di sebuah

industri adalah pompa sentrifugal. Untuk alasan ini, pompa ini dijelaskan dibawah lebih lanjut.

         Pompa dengan efek khusus terutama digunakan untuk kondisi khusus di lokasi industri.

2.2.1         Bagaimana sebuah pompa sentrifugal bekerja?

Pompa sentrifugal merupakan salah satu peralatan yang paling sederhana dalam berbagai proses

pabrik. Gambar 8 memperlihatkan bagaimana pompa jenis ini beroperasi:

           Cairan dipaksa menuju sebuah impeler oleh tekanan atmosfir, atau dalam hal jet pump oleh

tekanan buatan.

           Baling-baling impeler meneruskan energi kinetik ke cairan, sehingga menyebabkan cairan

berputar. Cairan meninggalkan impeler pada kecepatan tinggi.

           Impeler dikelilingi oleh volute casing atau dalam hal pompa turbin digunakan cincin diffuser

stasioner. Volute atau cincin diffuser stasioner mengubah energi kinetik menjadi energi tekanan.

2.2.2         Komponen dari pompa sentrifugal

Komponen utama dari pompa sentrifugal terlihat pada Gambar 9 dan diterangkan dibawah ini:

         Komponen berputar: impeller yang disambungkan ke sebuan poros

         Komponen satis: casing, penutup casing, dan bearings.

a)        Impeler

Impeler merupakan cakram bulat dari logam dengan lintasan untuk aliran fluida yang sudah

terpasang. Impeler biasanya terbuat dari perunggu, polikarbonat, besi tuang atau stainless steel,

namun bahan-bahan lain juga digunakan. Sebagaimana kinerja pompa tergantung pada jenis

impelernya, maka penting untuk memilih rancangan yang cocok dan mendapatkan impeler dalam

kondisi yang baik.

Jumlah impeler menentukan jumlah tahapan pompa. Pompa satu tahap memiliki satu impeler dan

sangat cocok untuk layanan head (=tekanan) rendah. Pompa dua tahap memiliki dua impeler

yang terpasang secara seri untuk layanan head sedang. Pompa multi-tahap memiliki tiga impeler

atau lebih terpasang seri untuk layanan head yang tinggi.

Impeler dapat digolongkan atas dasar:

      Arah utama aliran dari sumbu putaran: aliran radial, aliran aksial, aliran campuran

      Jenis hisapan: hisapan tunggal dan hisapan ganda

      Bentuk atau konstruksi mekanis:

     Impeler yang tertutup memiliki baling-baling yang ditutupi oleh mantel (= penutup) pada kedua

sisinya (Gambar 10). Biasanya digunakan untuk pompa air, dimana baling-baling seluruhnya

mengurung air. Hal ini mencegah perpindahan air dari sisi pengiriman ke sisi penghisapan, yang

akan mengurangi efisiensi pompa. Dalam rangka untuk memisahkan ruang pembuangan dari

ruang penghisapan, diperlukan sebuah sambungan yang bergerak diantara impeler dan wadah

pompa. Penyambungan ini dilakukan oleh cincin yang dipasang diatas bagian penutup impeler

atau dibagian dalam permukaan silinder wadah pompa. Kerugian dari impeler tertutup ini adalah

resiko yang tinggi terhadap rintangan.

     mpeler terbuka dan semi terbuka (Gambar 10) kemungkinan tersumbatnya kecil. Akan tetapi

utnuk menghindari terjadinya penyumbatan melalui resirkulasi internal, volute atau back-plate

pompa harus diatur secara manual untuk mendapatkan setelan impeler yang benar.

          Impeler pompa berpusar/vortex cocok untuk bahan-bahan padat dan “berserabut” akan tetapi

pompa ini 50% kuran efisien dari rancangan yang konvensio nal.

b)        Batang torak

Batang torak memindahkan torque dari motor ke impeler selama startup dan operasi pompa.

c)        Wadah

Fungsi utama wadah adalah menutup impeler pada penghisapan dan pengiriman pada ujung dan

sehingga berbentuk tangki tekanan. Tekanan pada ujung penghisapan dapat sekecil sepersepuluh

tekanan atmosfir dan pada ujung pengiriman dapat dua puluh kali tekanan atmosfir pada pompa

satu tahap. Untuk pompa multi-tahap perbedaan tekanannya jauh lebih tinggi. Wadah dirancang

untuk tahan paling sedikit dua kali tekanan ini untuk menjamin batas keamanan yang cukup.

Fungsi wadah yang kedua adalah memberikan media pendukung dan bantalan poros untuk

batang torak dan impeler. Oleh karena itu wadah pompa harus dirancang untuk:

      Memberikan kemudahan mengakses ke seluruh bagian pompa untuk pemeriksaan, perawatan

dan perbaikan.

      Membuat wadah anti bocor dengan memberikan kotak penjejal

      Menghubungkan pipa-pipa hisapan dan pengiriman ke flens secara langsung

      Mudah dipasang dengan mudah ke mesin penggerak (motor listrik) tanpa kehilangan daya.

Terdapat dua jenis wadah

           Wadah volute (Gambar 11) memiliki impeler yang dipasang dibagian dalam wadah. Salah satu

tujuan utamanya adalah membantu kesetimbangan tekanan hidrolik pada batang torak pompa.

Walau begitu, mengoperasikan pompa dengan wadah volute pada kapasitas yang lebih rendah

dari yang direkomendasikan pabrik pembuatnya dapat mengakibatkan tekanan lateral pada

batang torak pompa. Hal ini dapat meningkatkan pemakaian sil, bantalan poros, dan batang torak

itu sendiri. Wadah volute ganda digunakan bilamana gaya radial menjadi cukup berarti pada

kapasitas yang berkurang.

           Wadah bulat memiliki baling-baling penyebaran stasioner disekeliling impeler yang mengubah

kecepatan menjadi energi tekanan. Wadah tersebut banyak digunakan untuk pompa multi-tahap.

Wadah dapat dirancang sebagai:

     Wadah padat (Gambar 12): seluruh wadah dan nosel dimuat dalam satu cetakan atau potongan

yang sudah dibuat pabrik pembuatnya.

     Wadah terbelah: dua bagian atau lebih disambungkan bersama. Bilamana bagian wadah dibagi

oleh bidang horisontal, wadahnya disebut terbelah secara horisontal atau wadah yang terbelah

secara aksial.

C.    TURBIN

1.      Pengertian Turbin

Turbin adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari aliran fluida. Turbin sederhana memiliki satu bagian yang bergerak, "asembli rotor-blade". Fluida yang bergerak menjadikan baling-baling berputar dan menghasilkan energi untuk menggerakkan rotor. Contoh turbin awal adalah kincir angin dan roda air. Sebuah turbin yang bekerja terbalik disebut kompresor atau pompa turbo.

Turbin gas, uap dan air biasanya memiliki "casing" sekitar baling-baling yang memfokus dan mengontrol fluid. "Casing" dan baling-baling mungkin memiliki geometri variabel yang dapat membuat operasi efisien untuk beberapa kondisi aliran fluid. Energi diperoleh dalam bentuk tenaga "shaft" berputar.

2.      Penggunaan turbinPenggunaan paling umum dari turbin adalah pemroduksian tenaga listrik. Hampir seluruh

tenaga listrik diproduksi menggunakan turbin dari jenis tertentu. Turbin kadangkala merupakan bagian dari mesin yang lebih besar. Sebuah turbin gas, sebagai contoh, dapat menunjuk ke mesin pembakaran dalam yang berisi sebuah turbin, kompresor, "kombustor", dan alternator.

Turbin dapat memiliki kepadatan tenaga ("power density") yang luar biasa (berbanding dengan volume dan beratnya). Ini karena kemampuan mereka beroperasi pada kecepatan sangat tinggi. Mesin utama dari Space Shuttle menggunakan turbopumps (mesin yang terdiri dari sebuah pompa yang didorong oleh sebuah mesin turbin) untuk memberikan propellant (oksig n cair dan hidrogen cair) ke ruang pembakaran mesin. Turbopump hidrogen cair ini sedikit lebih besar dari mesin mobil dan memproduksi 70.000 hp (52,2 MW). Turbin juga merupakan komponen utama mesin jet.

3.      Jenis-Jenis Turbin

3.1  TURBIN UAP

3.1.1      Pengertian

Turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial uap  menjadi energi

kinetik kemudian  energi kinetik tersebut diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran

poros. Poros turbin dihubungkan dengan yang digerakkan, yaitu gener ator atau peralatan mesin

lainnya, menggunakan mekanisme transmisi roda gigi. Berdasarkan definisi tersebut maka turbin

uap termasuk mesin rotary merupakan mesin  bolak-balik (reciprocating).Engine penggerak

dimana  uap air, air, gas ataupun udara  yang memutarkan poros  dengan cara  mendorong sudu 

yang  menyu dut seperti kipas. Ada dua  pasang sudu,  STATOR (tidak ber gerak) dan ROTOR

(yang berputar). Poros turbin yang  berputar  dapat dihubungkan pada generator pembangkit

tenaga listrik. Turbin termasuk mesin yang menghasilkan tenaga besar

Turbin  uap  digunakan  untuk  menggerakan generator listrik pada Stasion  pembangkit  dan

baling- baling  kapal.  Turbin  air mirip seperti turbin uap dan tubin gas digunakan (kebanyakan)

sebagai pengger ak pesawat udara sebagai mesin jet, dan juga kadang sebagai penggerak mesin-

mesin di industri.

3.1.2      Perbedaan Turbin Uap Dengan Mesin Uap

a.         pada mesin uap

Di dalam mesin uap pengubahan tenaga didasarkan atas tekanan uap. Tekanan uap ini

mendorong torak di dalam silinder, sehingga timbul gaya pada torak. Oleh batang penggerak

gaya ini di teruskan ke kepala silang dan oleh batang engkol gerak lurus tersebut di ubah menjadi

gerak berputar. Jadi pengubahan tenaga dari tenaga potensial menjadi tenaga mekanik pada

mesin uap melalui beberapa alat, yang mana alat tersebut memerlukan pemeliharaan yang tidak

mudah. Sebagai contoh pada lapisan/ sepatu katup pembagi uap dan kepala silang, setiap waktu

harusdiganti agar tidak menimbulakan perluasan sehingga tidak macet/terlalu banyak

menimbulkan keausan pada bagian yang terlalu bergerak. Kecepatan relative adalah nol bergerak

pada tekanan tetap.

b.        pada turbin uap

Di dalam Sudu Turbin uap pengubahan tenaga di dassarkan atas kecepatan uap. Mula-mula uap

di ekspansikan ke dalam pipa pemancar, yaitu dengan jalan merubah tekanan uap yang tinggi

menjadi kecepatan uap yang sangat cepat. Dengan kecepatan uap ini digunakan untuk

menggerakkan sudu jalan. Akibatnya turbin uap akan berputar dan putaran ini di teruskan ke

poros turbin. Pada turbin uap tidak memerlukan peralatan yang banyak, tetapi hanya memerlukan

beberapa bagian yang sederhana saja. Kecepatan relative dipakai untuk mendorong sudu, bekerja

dengan tenaga dinamis.

3.1.3      Keuntungan Turbin Uapa Jika Dibandingkan Dengan Mesin Uap

Ada beberapa keuntungan turbin uapa jika dibandingkan dengan mesin uap, yaitu sebagai berikut

:

a.         Peralatan pada turbin tidak banyak ragamnya/lebih sederhana

b.        Gerak yang dihasilkan lebih tenang karena hanya gerak putar saja.

c.         Gerakan putarnya secara langsung tanpa perantara

d.        Torsi yang dihasilkan pada porsi lebih besar.

e.         Tidak ada kerugian gesek pada rotasinya.

f.         Dibandingkan denga mesain uap yang horizontal, maka turbin uap tidak memerlukan pondasi

yang begitu besar.

g.        Dari ukuran turbin uap sama dengan mesin uap, maka turbin uapa memeperoleh daya yang lebih

besar.

h.        Akibat banyak timbul gerak putar saja, maka getaran yang ditimbulkan lebih kecil dari pada

mesin uap.

3.1.4        Kerugian Turbin Uap Jika Dibandingkan Dengan Mesin Uap

a.         Untuk mengekspansikan uap dibutuhkan peralatan yang khusus yaitu pipa pemancar

b.        Pipa pemancar memerlukan perencanaan yang sangat teliti

c.         Karena uap yang di pake untuk mendorong sudu jalan, padahal sudu jalan hanya merupaklan

kepingan yang terbuka, sehingga diperlukan rumah turbin yang sangat rapat dan kuat, sehingga

tidak timbul kebocoran uap sedangkan pada mesin uap hal tersebut di atas tidak memerlukan

perhatian yang sangat penting.

3.1.5        Klasifikasi Turbin Uap

Turbin uap dapat diklasifikasikan ke dalam kategri yang berbeda-beda, tergantung dari

konstruksi, panas jatuh yang dihasilkan, keadaan mula-mula dan akhir dari uap, penggunaan

dalam industri serta jumlah tingkat yang ada padanya.

a.    Sesuai dengan jumlah tingkat

1)        Turbin uap dengan satu tingkat tekanan dengan satu atau beberapa tingkat kecepatan, biasanya

menghasilkan tenaga kecil. Banyak digunakan pada kompresor sentrifugal, blower dan lain-lain.

2)        Turbin uap dengan bebrapa tingkat tekanan, turbin ini dibuat dengan beberapa macam variasi

dari kapasitas besar sampai kapasitas kecil.

b.    Sesuai dengan aliran uap

1)        Turbin axial yaitu suatu turbin dimana uap masuk ke sudu jalan dengan poros turbin

2)        Turbin radial yaitu dimana suatu aliran uap masuk ke sudu jalan tegak lurus terhadap poros

turbin. Biasanya beberapa turbin satu atau lebih dengan tingkat tekanan rendah dibuat secara

aksial.

c.    sesuai dengan jumlah silinder

1)        Turbin dengan satu silinder

2)        Turbin dengan dua silinder

3)        Turbin dengan tiga silinder dan lain-lain.

d.   Sesuai dengan pengaturan cara masuknya Uap

1)        Turbin dengan pengatur katub (throttle), uap baru masuk ke sudu jalan di atur oleh satu atau

beberapa katub.

2)        Turbin dengan pengatur pipa pemancar, dimana uap baru masuk melalui dua atau beberapa alat

pengatur yang dipasang secara berderet-deret.

3)        Turbin dengan pengatru terusan, dimana setelah uap baru masuk ke sudu jalan di teruskan ke

sudu yang lain, bahkan sampai beberpa tingkat berikutnya.

e.    Sesuai dengan prinssip kerja dari uap

1)        Turbin aksi, dimana energy potensial uap direubah menjadui tenaga kinetis di dalam sudu tetap

dan sudu jalan ernerggi kinetic di ubah menjadi energy mekanik

2)        Turbin reaksi aksial, pengembangan uap dilakukan di dalam sudu tetap dan sudu jalan,

keduanya diletakkan dan sama luasnya.

3)        Turbin reaksi radial tanpa beberapa sudu antar tetap.

4)        Turbin reaksi radial yang mempunyai sudu antar tetap.

f.     Sesuai dengan prioses panas jatuh

1)        Condensing turbin dengan generator, pada turbin ini tekanan uap yang kurang dari satu

atrmosfer dimasukan ke dalam kondensor. Disamping itu uapa juga dikeluarakan dari tingkat

perantara untuk pemanasan air penambah. Turbin dengan kapasitas yang kecil pada perencanaan

mulanya sering tidak mempunyai regenerator panas.

2)        Condensing turbin dengan satu atau dua tingkat penurunan perantara pada tekanan spesifik

untuk keperluan pemanasan dan industri.

3)        Trusbin tekanan akhir atau back pressure turbin, dimana pengeluaran uap dipakai untuk tujuan

industri dan pemanasan.

4)        Topping turbin, turbin ini seperti type pressure back turbine dengan perbedaaan bahwa

pengeluaran uao dari turbin ini juga digunakan dalam medium dan turbin dengan tekanan rendah.

5)        Turbin tekanan rendah (tekanan pengeluaran rendah), dimana pengeluaran uap dari mesin uap

torak, hammer uap, press uap dipakai untuk menggerakkan generator.

6)        Mix pressure turbine (turbine dengan tekanan campuran), dengan dua atau tiga tingkat tekanan,

dengan mengganti uap yang keluar padanya dengan uap baru pada tingkat perantara.

g.    Sesuai dengan kondisi tekanan uap yang masuk pada turbin

1)        Turbin tekanan rendah (1,2 sampai 2 atm)

2)        Turbin tekanan menengah (penggunaan uap sampai 4 atm).

3)        Turbin tekanan tinggi, pemakaian uap di atas 40 ata

4)        Turbin tekanan sangat tinggi pemakaian uap sampai tekanan 170 ata dan suhu 5500C

5)        Turbin dengan tekanan super, dimana penggunaan uap dengan tekanan 225 dan di atasnya.

h.    Sesuai penggunaan dalam Industri

1)        Turbin stasioner dengan kecepatan konstan, untuk penggerak altenator.

2)        Turbin stasioner dengan variasi kecepatan untuk menggerakkan turbo blewer, pompa dan lain-

lain.

3)        Turbin non-stasioner dengan variasi kecepatan, biasanya dipakai pada kalap, lokomotif dan lain-

lain.

3.2  TURBIN AIR

Turbin air mengubah energy potential air menjadi energy mekanis. Energy mekanis diubah

dengan generatormenjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah

energy potential air menjadi energy mekanis. Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan

digunakan secara luas untuk tenaga industry untuk jaringan listrik. Sekarang lebih umum dipakai

untuk generator listrik. Turbin kini dimanfaatkan secara luas dan merupakan sumber energy yang

dapat diperbaharukan.

3.2.1        Perbandingan Antara PLTA, PLTU, PLTD dan PLTN

PLTA bukan merupakan satu-satunya pusat listrik, tetapi pada dewasa ini banyak

dikembangakan pusat listrik yang lain, misalnya pusat listrik tenaga uap, pusat tenaga gas, pusat

listrik tenaga diesel dan pusat listrik tenaga nuklier.

a.    PLTA

1)        Untuk membangunnya memerlukan biaya yang tinggi.

2)        Biaya operasinya rendah

3)        Tidak memerlukan bahan bakar

4)        Relative mempunyai umru yang panjang

5)        Dapat bekerja pada variasi beban

6)        Bias dipakai dari beban dasar sampai beban puncak

7)        Dapat dibangun pada daya yang tidak terbatas

8)        Mudah dibangun dinegaara yang kaya akan sumber air.

b.    PLTD, PLTU dan PLTG

1)        Untuk membangun relative memerlukan biaya yang lebih rendah

2)        Biaya operasional tinggi

3)        Memerlukan bahan bakar

4)        Relatif mempunyai umur yang terbatas

5)        Hanya dapt bekerja pada beban tunggal

6)        Hanya mungkin beban tetap untuk beban dasar

7)        Hanya dapat dibuat untuk daya yang sangat terbatas,.

8)        Mudah dibangun di Negara yang kaya sumber minyak.

Karena di indonseia Negara yang kaya akan sumber air, maka PLTA merupakan prioritas utama

disamping PLTD dan PLTU.

3.2.2        klasifikasi pembangkit listrik tenaga air

Sesuai daerah sejarah perkembangan PLTA, apabila ditinjau dari segi konstruksinya dapat

dikelompokan menjadi dua jenis, yaitu:

a.    PLTA dengan konstruksi sederhana yang disebut Kincir Airterdiri dari roda atau drum dimana

pada sepanjang kelilingnya dipasang sudu-sudu yang berupa bilah. Bilah tersebut yang menerima

pukulan air yang di teruskan ke roda atau drum dan langsung kepada poros kincir. Bentuk sudu

atau bilah ada yang bermacam-macam,  da yang berbentuk lengkung, siku-siku dan adapula yang

hanya lurus saja. Kincir air sangat fleksibel terhadap daerah pemasangannya.Berdasarkan cara

pemasukan air ke dalam kincir, maka jenis kincir dibedakan menjadi :

1)        Overshot water wheel, pemasukan air pada jenis kincir ini melaului puncak atau bagian atas dari

pada roda kincir.

2)        Breast water wheel, kincir air dimana pemasukan airnya melalui data atau bagian tengah roda

kincir.

3)        Undershot water wheel, kincir dimana pemasukan airnya bagian bawah dari roda.

b.    PLTA dengan konstruksi yang kompleks disebut Turbin Air

Turbin air dapat digolongkan menjadi :

1)        Menurut jenis porosnya

           Turbin air dengan poros tegak

           Turbin air dengan poros mendatar

           Turbin dengan poros miring

2)        Menurut tinggi rendahnya terjun air

           Turbin dengan tinggi terjun rendah

           Turbin dengan tinggi terjun menengah

           Turbin dengan tinggi terjun tinggi

3)        Menurut kecepatan putar turbin

           Turbin dengan kecepatan putar rendah

           Turbin dengan kecepatan putar menengah

           Turbin dengan kecepatan putar tinggi

4)        Menurut letak atau tempat didirikannya turbin

           Turbin air hulu

           Turbin air hilir

           Turbin air yang dibuat dibawah tanah

           Turbin air reversible (putar balik)

5)        Menurut daya yang dihasilkan

           Turbin air dengan daya rendah

           Turbin air dengan daya menengah

           Turbin air dengan daya tinggi

3.2.3        keuntungan Turbin air terhadap penegak yang lain

a.    Turbin mempunyai umur yang panjang

b.    Lebih efisien dan mudah mengontrolnya

c.    Turbin dapat dikontrol secara otomatis

d.   Turbin dapat menunjukkan kemampuan sebagai unit yang selalu tersedia

e.    Turbin dapat bekerja dibawah beberapa ketinggian.

3.3  TURBIN GAS

Turbin gas adalah turbin dengan gas sebagai fluida kerjanya gas diperoleh dari pembakaran

bahan bakar cair yang mudah terbakar. System turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga

komponen utama, yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin, yang disusun menjadi system yang

kompak

3.3.1   Pemakaian system turbin gas

System turbin gas yang dipakai dalam berbagai tenaga antara lain :

a.    Dengan daya turbin yang besar

1)        Sebagai instalasi pembangkit tenaga listrik (PLTG)

2)        Untuk menggerakkan pesawat udara

3)        Sebagai marine power plant. Untuk menggerakkan kapal-kapal yang besar.

4)        Sebagai penggerak loko dengan system turbin gas

b.    Sedangkan dengan daya yang kecil system turbin gas banyak dipergunakan sebagai alat

transportasi yang kecil antara lain bus, truk, auto mobil, pesawat kecil, motor boat.

3.3.2   Proses Kerja turbin gas

Tiga proses pokok yang terjadi di dalam turbin gas untuk memproduksi energi yaitu :

a.    Proses penekanan udara

b.    Proses pembakaran udara + bahan bakar.

c.    Proses pengembangan atau ekspansi gas hasil pembakaran.

d.   Komponen pokok system turbin gas

Sesuai dengan proses kerjanya ada 3 komponen pokok dalam system turbin gas, yaitu :

1)        Kompresor (K)

Kompresor adalah suatu alat yang digunakan untuk menghisap udara dan untuk selanjutnya

dikompresi atau dimampatkan untuk menaikan tekanan. Ada beberapa kompresor yang kita

ketahui :

      Kompresor torak, yaitu kompresor yang mempergunakan torak sebagai alat untuk

mengkompresikan udara di dalam silinder.

      Kompresor sentrifugal, yaitu kompresor yang mempergunakan baling-baling (kipas, sudu-sudu)

sebagai alat untuk menaikan tekanan. Sebagai ganti silinder pada kompresor torak adalah berupa

rumah atau cacing.

Ada dua macam kompresor sentrifugal

o    Kompresor sentrifugal aliran Radial

o    Kompresor sentrifugal aliran aksial.

2)        Ruang pembakaran(RP)

Untuk mendapatkan energi pada turbin gas diperlukan adanya pembakaran bahan bakar dengan

udara yang telah dikompresi oleh lompresor. Bahan bakar yang telah dikompresi tersebut dibakar

sehingga timbul energy panas yang secara cepat energy tersebut di ekspansikan pada pipa

pemanasan dan langsung untuk memutarkan sudu turbin. Berputarnya rotore turbin maka timbul

energy mekanik yang dapat memutar kompresor. Kompresor menghisap dan mengkompresikan

udara masuk ke ruang bakar.

Ada tiga tipe ruang bakar yang di gunakan, yaitu :

      Tubular (Can) combustor

      Annular combustor

      Can annual combustor

3)        Turbin gas (T)

Gas panas di ekspansikan dari hasil pembakaran ruang bakar. Akibat adanya panas dalam bentuk

partikel – partikel gas, sudu turbin mulai terdorong oleh tekanan gas fluida.Sudu yang tergabung

dengan rotor menggerakan poros turbin dengan arah radial. Apabila tekanan yang dihasilkan dari

ruang bakar konstan, perputaran dari turbin akan terjadi secara kontinu dengan tingkat kecepatan

yang tinggi. Perlu diketahui bahwa poros turbin dengan kompresor satu sambungan. Seteah

melewati sudu-sudu turbin gas keluar melalui saluran buang dengan tekanan tinggi sehingga

menimbulakan gaya dorong. Semakin tinggi tekanan uap maka gaya dorong yang dihasilkanpun

semakin besar. Biasanya kebutuhan gaya dorong yang besar dipergunakan pada mesin-mesin

Turbo pesawat terbang. Missal rocket yang mempergunakan turbojet sebagai penggerak gaya

dorongnya.

D.    KONDENSOR1.         Pengertian Kondensor

Kondensor adalah salah satu jenis mesin penukar kalor (heat exchanger) yang berfungsi untuk

mengkondensasikan fluida kerja. Pada sistem tenaga uap, fungsi utama kondensor adalah untuk

mengembalikan exhaust steam dari turbin ke fase cairnya agar dapat dipompakan kembali ke

boiler dan digunakan kembali. Selain itu, kondensor juga berfungsi untuk menciptakan back

pressure yang rendah (vacuum) pada exhaust turbin . Dengan back pressure yang rendah, maka

efisiensi siklus dan kerja turbin akan meningkat.

2.         Klasifikasi Kondensor

Secara umum, terdapat 2 jenis kondensor yaitu : direct-contact condenser dan surface condenser.

Surface condenser adalah jenis yang paling banyak digunakan di powerplant.

2.1     Direct-contact Condenser

Seperti namanya, direct-contact condenser mengkondensasikan steam dengan mencampurnya

langsung dengan air pendingin. Direct-contact atau open condenser digunakan pada beberapa

kasus khusus, seperti : ketika digunakan dry cooling tower, pada geothermal powerplant, dan

pada powerplant yang menggunakan perbedaan temperatur di air laut (OTEC). Ada beberapa

tipe direct-contact condenser :

a.         Spray Condenser

Pada spray condenser, pencampuran steam dengan air pendingin dilakukan dengan jalan

menyemprotkan air ke steam. Sehingga steam yang keluar dari exhaust turbin pada poin 2

bercampur dengan air pendingin pada poin 5 menghasilkan kondensat yang mendekati fase

saturated, kemudian dipompakan kembali ke 4. Sebagian dari kondensat dikembalikan ke boiler

sebagai feedwater. Sisanya didinginkan, biasanya didalam dry- (closed-) cooling tower ke poin

5. Air yang didinginkan pada poin 5 disemprotkan ke exhaust turbin dan proses berulang.

b.        Barometric dan Jet Condenser

Ini merupakan jenis awal dari kondenser. Jenis ini beroperasi dengan prinsip yang sama dengan spray condenser kecuali tidak dibutuhkannya pompa pada jenis ini. Vacuum dalam kondensor diperoleh dengan menggunakan prinsip head statis seperti pada barometric condenser, atau menggunakan diffuser seperti pada jet condenser.

2.2     Surface Condenser

Surface condenser merupakan jenis yang paling banyak digunakan di powerplant. Jenis ini

merupakan heat exchanger tipe shell and tube, dimana mekanisme perpindahan panas utamanya

adalah kondensasi saturated steam pada sisi luar tube dan pemanasan secara konveksi paksa dari

circulating water di dalam tube. Secara spesifik, prinsip kerja surface codensor di bahas pada sub

bab berikut.

Prinsip Kerja Surface Condenser

Prinsip kerja surface condenser seperti tampak pada gambar 3.17. adalah sebagai berikut. Steam

masuk ke dalam shell kondensor melalui steam inlet connection pada bagian atas kondensor.

Steam kemudian bersinggungan dengan tube kondensor yang bertemperatur rendah sehingga

temperatur steam turun dan terkondensasi, menghasilkan kondensat yang terkumpul pada

hotwell. Temperatur rendah pada tube dijaga dengan cara mensirkulasikan air yang menyerap

kalor dari steam pada proses kondensasi. Kalor yang dimaksud disini disebut kalor laten

penguapan dan terkadang disebut juga kalor kondensasi (heat of condensation) dalam lingkup

bahasan kondensor. Kondensat yang terkumpul di hotwell kemudian dipindahkan dari kondensor

dengan menggunakan pompa kondensat ke exhaust kondensat.

Ketika meninggalkan kondensor, hampir keseluruhan steam telah terkondensasi kecuali bagian

yang jenuh dari udara yang ada di dalam sistem. Udara yang ada di dalam sistem secara umum

timbul akibat adanya kebocoran pada perpipaan, shaft seal, katup-katup, dan sebagainya. Udara

ini masuk ke dalam kondensor bersama dengan steam. Udara dijenuhkan oleh uap air, kemudian

melewati air cooling section dimana campuran antara uap dan udara didinginkan untuk

selanjutnya dibuang dari kondensor dengan menggunakan air ejectors yang berfungsi untuk

mempertahankan vacuum di kondensor. Untuk menghilangkan udara yang terlarut dalm

kondensat akibat adanya udara di kondensor, dilakukan de-aeration. De-aeration dilakukan di

kondensor dengan memanaskan kondensat dengan steam agar udara yang terlalut pada kondensat

akan menguap. Udara kemudian ditarik ke air cooling section dengan memanfaatkan tekanan

rendah yang terjadi pada air cooling section. Air ejector kemudian akan memindahkan udara dari

sistem.

3.    Surface condenserPrinsip kerja surface condenser Steam masuk ke dalam shell kondensor melalui steam inlet onnection pada bagian atas kondensor. Steam kemudian bersinggungan dengan tube kondensor yang bertemperatur rendah sehingga temperatur steam turun dan terkondensasi, menghasilkan kondensat yang terkumpul pada hotwell.

Temperatur rendah pada tube dijaga dengan cara mensirkulasikan air yang menyerap kalor dari steam pada proses kondensasi. Kalor yang dimaksud disini disebut kalor laten penguapan dan terkadang disebut juga kalor kondensasi (heat of condensation) dalam lingkup bahasan kondensor. Kondensat yang terkumpul di hotwell kemudian dipindahkan dari kondensor dengan menggunakan pompa kondensat ke exhaust kondensat.Ketika meninggalkan kondensor, hampir keseluruhan steam telah terkondensasi kecuali bagian yang jenuh dari udara yang ada di dalam sistem. Udara yang ada di dalam sistem secara umum timbul akibat adanya kebocoran pada perpipaan, shaft seal, katup-katup, dan sebagainya.Udara ini masuk ke dalam kondensor bersama dengan steam. Udara dijenuhkan oleh uap air, kemudian melewati air cooling section dimana campuran antara uap dan udara didinginkan untuk selanjutnya dibuang dari kondensor dengan menggunakan air ejectors yang berfungsi untuk mempertahankan vacuum di kondensor.Untuk menghilangkan udara yang terlarut dalm kondensat akibat adanya udara di kondensor, dilakukan de-aeration. De-aeration dilakukan di kondensor dengan memanaskan kondensat dengan steam agar udara yang terlalut pada kondensat akan menguap. Udara kemudian ditarik ke air cooling section dengan memanfaatkan tekanan rendah yang terjadi pada air cooling section. Air ejector kemudian akan memindahkan udara dari sistem.

a. Horizontal condenser

Air pendingin masuk konddensor melalui bagian bawah, kemudian masuk ke dalam pipa-pipa pendingin dan keluar pada bagian atas Sedangkan arus panas masuk lewat bagian tengah kondenser dan keluar sebagai kondensat pada bagian bawah kondensor.

b. Vertical condenserAir pendingin masuk konddensor melalui bagian bawah, kemudian masuk ke dalam pipa-pipa pendingin dan keluar pada bagian atas Sedangkan arus panas masuk lewat bagian atas kondenser dan keluar sebagai kondensat pada bagian bawah kondensor.

3.      Direct-contact condenserDirect-contact condenser mengkondensasikan steam dengan mencampurnya langsung dengan air pendingin.Direct-contact atau open condenser digunakan pada beberapa kasus khusus, seperti :

1. Geothermal powerplant2. Pada powerplant yang menggunakan perbedaan temperatur di air laut (OTEC)

Spray CondenserPada spray condenser, pencampuran steam dengan air pendingin dilakukan dengan jalan menyemprotkan air ke steam. Sehingga steam yang keluar dari exhaust turbin pada bagian bawah bercampur dengan air pendingin pada bagian tengah menghasilkan kondensat yang mendekati fase saturated.Kemudian dipompakan kembali ke cooling Tower . Sebagian dari kondensat dikembalikan ke boiler sebagai feedwater. Sisanya didinginkan, biasanya didalam dry- (closed-)

cooling tower . Air yang didinginkan pada Cooling tower disemprotkan ke exhaust turbin dan proses berulang.

• Kekurangan dan Kelebihan KondenserA. Horizontal Kondenser

1. Dapat dibuat dengan pipa pendingin bersirip sehingga relaif berukuran kecil dan ringan2. Pipa pendingin dapat dibuat dengan mudah3. Bentuk sederhana dan mudah pemasangannya4. Pipa pendingin mudah dibersihkan

B. Vertikal Kondenser

1. Harganya murah karena mudah pembuatannya.2. Kompak karena posisinya yang vertikal dan mudah pemasangan3. Bisa dikatakan tidak mungkin mengganti pipa pendingin, pembersihan harus dilakukan

dengan menggunakan deterjen