Makalah Turbin Uap Dan Gas
-
Upload
afif-rahman -
Category
Documents
-
view
888 -
download
203
description
Transcript of Makalah Turbin Uap Dan Gas
MAKALAH
TURBIN UAP, AIR DAN ANGIN
TURBIN UAP DAN TURBIN GAS
Dosen: Ir. Hary Wibowo, MT
Disusun Oleh :
1. I Made Budi Sastrawijaya (07.03.3556)
2. Charles Turnip (07.03.3520)
3. Hemawin (07.03.3528)
4. Deni (07.03.3558)
5. Yohanes Jawa (06.03.3421)
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND
YOGYAKARTA
2010
1
DAFTAR ISI
BAB I PENDAHULUAN 3
BAB II PEMBAHASAN 4
II.1 TURBIN UAP 4
A. Prinsip Kerja Sistem Turbin Uap 4
B. Klasifikasi Turbin Uap 5
C. Siklus Turbin Uap 5
D. Aplikasi dari turbin Uap 6
II.2 TURBIN GAS 7
A. Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas 8
B. Klasifikasi Turbin Gas 9
C. Siklus Turbin Gas 10
D. Aplikasi dari turbin gas 10
BAB III KESIMPULAN 12
DAFTAR PUSTAKA
2
BAB I
PENDAHULUAN
Turbin adalah mesin penggerak, dimana energy fluida kerja dipergunakan
langsung untuk memutar roda turbin. Jadi, berbeda dengan yang terjadi dengan mesin torak,
pada turbin tidak terdapat bagian mesin yang bergerak translasi. Bagian turbin yang berputar
dinamai rotor atau roda turbin., sedangkan bagian yang tidak berputar dinamai stator atau
rumah turbin. Roda turbin terletak di dalam rumah turbin dan roda turbin memutar poros
daya yang menggerakkan atau memutar bebannya (generator listrik, pompa, kompresor,
baling-baling atau mesin lainnya). Di dalam turbin, fluida kerja mengalami proses ekspansi,
yaitu proses penurunan tekanan dan mengalir secara kontinu. Kerja fluida dapat berupa air,
uap air, atau gas.
Secara umum, sistem turbin terdiri dari beberapa komponen, antara lain:
kompresor, pompa, ketel uap (boiler), ruang bakar, kondensor dan turbin. Turbin banyak di
manfatkan untuk pembangkit listrik, pesawat terbang, di dalam industry, dan lain-lain. Di
dalam makalah ini, akan di bahas khusus pada turbin uap dan turbin gas baik dalam siklus,
klasifikasi, komponen-komponen yang ada, dan prinsip kerja dari turbin tersebut serta
aplikasi turbin yang akan di gunakan.
3
BAB II
PEMBAHASAN
II.1 TURBIN UAP
Turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial
menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi mekanik
dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin langsung atau dengan bantuan elemen
lain, dihubungkan dengan mekanisme yang digerakkan. Tergantung dari jenis
mekanisme yang digerakkan turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang industri,
seperti untuk pembangkit listrik.
A. Prinsip Kerja Sistem Turbin Uap
Turbin uap merupakan salah satu jenis mesin yang menggunakan metode
external combustion engine (mesin pembakaran luar). Pemanasan fluida kerja (uap)
dilakukan di luar sistem. 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
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
4
mungkin. Dengan demikian effisiensi turbin menjadi lebih tinggi karena
kehilangan energi relatif kecil.
B. Klasifikasi Turbin Uap
Turbin uap dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
a. Menurut arah aliran uap
Turbin aksial: Fluida kerja mengalir dalam arah yang sejajar terhadap sumbu
turbin
Turbin radial: Fluida kerja mengalir dalam arah yang tegak lurus terhadap
sumbu turbin.
b. Menurut prinsip aksi uap
Turbin impuls: Energi potensial uap diubah menjadi energi kinetik di dalam
nosel.
Turbin reaksi: Ekspansi uap terjadi pada sudu pengarah dan sudu gerak.
c. Menurut pemakaiannya di bidang industri
Turbin stasioner dengan putaran yang konstan yang dipakai terutama untuk
generator.
Turbin stasioner dengan putaran yang bervariasi dipakai untuk mengerakkan
blower turbo, pompa, dan lain-lain.
Turbin tidak stasioner dengan putaran yang bervariasi, biasa digunakan pada
kapal dan lokomotif uap.
C. Siklus turbin uap
Siklus ideal yang terjadi didalam turbin adalah siklus Renkine. Siklus Rankine adalah
siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja. Panas disuplai secara
eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya menggunakan air sebagai fluida yang
bergerak.
5
Gambar. 1.1 sistem turbin uap sederhana
Gambar. 1.2 diagram T-s
Siklus rankine terdiri dari beberapa proses antara lain:
Proses 1-2: Proses pemompaan isentropik, didalam pompa
Proses 2-2’-3: Proses pemasukan kalor atau pemanasan pada tekanan konstan, di dalam
ketel
Proses 3-4: Proses ekspansi isentropik di dalam turbin
Proses 4-1: Proses pengeluaran kalor dalam kondensor
D. Aplikasi turbin uap
Salah satu contoh aplikasi turbin gas yang di gunakan adalah Pembangkit Listrik
Tenaga Uap (PLTU). Dalam PLTU, energi primer yang dikonversikan menjadi energi
listrik adalah bahan bakar. Baban bakar yang digunakan dapat berupa batubara (padat),
6
minyak (cair), atau gas. Ada kalanya PLTU menggunakan kombinasi beberapa macam
bahan bakar. Konversi energi tingkat pertama yang berlangsung dalam PLTU adalah
konversi energi primer menjadi energi panas (kalor). Hal ini dilakukan dalam ruang bakar
dari ketel uap PLTU. Energi panas ini kemudian dipindahkan ke dalam air yang ada
dalam pipa ketel untuk menghasilkan uap yang dikumpulkan dalam drum dari ketel. Uap
dari drum ketel dialirkan ke turbin uap. Dalam turbin uap, energi uap dikonversikan
menjadi energi mekanis penggerak generator, dan akhirnya energi mekanik dari turbin
uap ini dikonversikan menjadi energi listrik oleh generator. Secara skematis, proses
tersebut di atas digambarkan oleh Gambar.
Gambar.1.3 Prinsip kerja PLTU
II.1 TURBIN GAS
Turbin gas adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk
memutar turbin dengan pembakaran internal. Didalam turbin gas energi kinetik
dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda
turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari
tiga komponen yaitu:
1. Kompresor (Compressor)
Berfungsi untuk menaikkan tekanan udara yang masuk
7
2. Ruang bakar (Combustion Area)
Berfungsi untuk membakar bahan bakar yang masuk dan menghasilkan tekanan
yang sangat tinggi begitu pula dengan kecepatannya.
3. Turbin (Turbine)
Berfungsi untuk Mengkonversi energi dari gas dengan tekanan dan kecepatan yang
tinggi hasil dari combustion area menjadi energi mekanik berupa rotasi poros
turbin.
A. Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas
Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet).
Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga
temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang
bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan
udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam
keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan
temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel
yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang
dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan
memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas
tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust).
Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut:
1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan
2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar
dengan udara kemudian di bakar.
3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar
melalui nozel (nozzle).
4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran
pembuangan.
8
Gambar.2.1 Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas
Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugian-
kerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan
berakibat pada menurunnya performa turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut
dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian
antara lain:
Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure
losses) di ruang bakar.
Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya
gesekan antara bantalan turbin dengan angin.
Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan
perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.
B. Klasifikasi Turbin Gas
Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan
lainnya. Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari:
a. Turbin gas siklus tertutup (Close cycle): akhir ekspansi fluida kerjanya
didinginkan untuk kembali ke dalam proses awal.
b. Turbin gas siklus terbuka (Open cycle): akhir ekspansi fluida kerjanya
langsung dibuang ke udara atmosfir
Dalam industri turbin gas umumnya diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu :
1. Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)
Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang
menghasilkan energi listrik untuk keperluan proses di industri.
2. Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)
Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin
bertekanan tinggi dan turbin bertekanan rendah, dimana turbin gas ini 9
digunakan untuk menggerakkan beban yang berubah seperti kompresor pada
unit proses.
C. Siklus Turbin Gas
Siklus brayton merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin gas,
sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbine
atau manufacturer dalam analisa untuk performance upgrading. Siklus Brayton ini
terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada
tekanan konstan. Pada siklus Bryton tiap-tiap keadaan proses dapat dianalisa secara
berikut:
Gambar.2.2 sistem turbin gas, diagram P-v, diagram T-s
Siklus Brayton terdiri dari proses:
Proses 1-2: proses kompresi isentropik di dalam kompresor.
Proses 2-3: proses pemasukan bahan bakar pada tekanan konstan di dalam ruang
bakar atau alat pemindah kalor (pemanas).
Proses 3-4: proses ekspansi isentropik didalam turbin.
Proses 4-1: proses pembuangan kalor pada tekanan konstan dalam alat pemindah
kalor.
D. Aplikasi dari turbin gas
Salah satu contoh aplikasi turbin gas yang di gunakan adalah Pembangkit
Listrik Tenaga Gas (PLTG). Gambar menunjukkan prinsip kerja PLTG. Udara
masuk ke kompresor untuk dinaikkan tekanannya, kemudian udara tersebut dialirkan
ke ruang bakar. Dalam ruang bakar, udara bertekanan ini dicampur dengan bahan
bakar dan dibakar. Apabila digunakan bahan bakar gas (BBG), maka gas dapat
10
langsung dicampur dengan udara untuk dibakar, tetapi apabila digunakan bahan
bakar minyak (BBM), maka BBM ini harus dijadikan kabut terlebih dahulu
kemudian baru dicampur dengan udara untuk dibakar. Teknik mencampur bahan
bakar dengan udara dalam ruang bakar sangat mempengaruhi efisiensi pembakaran.
Pembakaran bahan bakar dalam ruang bakar menghasilkan gas bersuhu tinggi. Gas
hasil pembakaran ini kemudian dialirkan menuju turbin untuk disemprotkan kepada
sudu-sudu turbin sehingga energi (enthalpy) gas ini dikonversikan menjadi energi
mekanik dalam turbin penggerak generator (dan kompresor udara) dan akhirnya
generator menghasilkan tenaga listrik.
Gambar.2.3 Prinsip Kerja Unit Pembangkit Turbin Gas
11
BAB III
KESIMPULAN
Dari kesimpulan yang telah d bahas, sehingga dapat di simpulkan bahwa
Turbin adalah mesin penggerak, dimana energy fluida kerja dipergunakan langsung untuk
memutar roda turbin. Jadi, berbeda dengan yang terjadi dengan mesin torak, pada turbin tidak
terdapat bagian mesin yang bergerak translasi. Bagian turbin yang berputar dinamai rotor
atau roda turbin., sedangkan bagian yang tidak berputar dinamai stator atau rumah turbin.
Secara umum, sistem turbin terdiri dari beberapa komponen, antara lain: kompresor, pompa,
ketel uap (boiler), ruang bakar, kondensor dan turbin.
Untuk Turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi
potensial menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi
mekanik dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin langsung atau dengan bantuan
elemen lain, dihubungkan dengan mekanisme yang digerakkan. Siklus ideal yang terjadi
didalam turbin adalah siklus Renkine. Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang
mengubah panas menjadi kerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang
biasanya menggunakan air sebagai fluida yang bergerak.
Sedangkan Turbin gas adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida
untuk memutar turbin dengan pembakaran internal. Didalam turbin gas energi kinetik
dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda turbin
sehingga menghasilkan daya. Siklus brayton merupakan siklus daya termodinamika ideal
untuk turbin gas, sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat
mesin turbine atau manufacturer dalam analisa untuk performance upgrading. Siklus
Brayton ini terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan
panas pada tekanan konstan.
12
DAFTAR PUSTAKA
1. Wiranto Arismunandar, 1988 Penggerak Mula Turbin, ITB Bandung
2. Suwachid, 2006 Ilmu Turbin, LPP UNS Surakarta
3. Gas Turbine Engine (Part 1), Inra Sumahamijaya on 07/02/09,
http://majarimagazine.com
4. Gas Turbine Engine (Part 2), Inra Sumahamijaya on 07/02/09,
http://majarimagazine.com
5. Turbin Uap, Rider System October 2009, http://www.rider-system.net
13