Sistem turbin uap dan turbin gas digambarkan beserta komponen utamanya seperti boiler, turbin, kondensor, ruang bakar, dan kompresor. Siklus Rankine dan Brayton dijelaskan sebagai siklus ideal masing-masing sistem. Efisiensi kedua sistem dihitung berdasarkan luas diagram T-s atau h-s. Sistem gabungan turbin gas dan turbin uap juga didiskusikan."

1. PLTU
PLTG
PLTGU

2. Gambar sebuah sistem turbin uap sederhana
yang bekerja berdasarkan siklus rankine
Komponen utama:
1. Boiler (Ketel uap),
2. Turbin uap,
3. Kondensor,
4. Pompa air
Uap yang berfungsi sebagai fluida kerja
turbin dihasilkan oleh ketel uap (boiler),
sebuah alat yang berfungsi mengubah air
menjadi uap
Didalam turbin, tekanan dan temperatur uap turun, kemudian uap meninggalkan
turbin dan masuk ke dalam kondensor. Kondensor berfungsi mengembunkan uap
dengan jalan mendinginkannya. Air pengembunan yang terjadi di dalam kondensor
disebut air kondensat. Kemudian air kondensat dialirkan kembali kedalam ketel uap
dengan bantuan pompa.
PLTU

3. Siklus Rankine
Siklus ideal dari suatu sistem turbin uap sederhana adalah siklus
Rankine. Siklus Rankine dapat digambarkan pada diagram T-s dan h-s
seperti gambar diatas.
Daerah dibawah garis lengkung k-K-k’ pada diagram T-s dan h-s
merupakan daerah campuran fasa cair dan uap. Uap ini biasanya disebut
uap basah. Garis k-K dinamai garis cair, dimana pada dan disebelah kiri
garis tsb fluida ada dalam fasa cair.
Sedangkan garis K-k’ dinamai garis uap jenuh, dimana pada dan
disebelah kanan garis tersebut fluida ada dalam fasa uap (gas). Uap
didaerah ini disebut uap kering. Titik K dinamai titik kritis, dimana
temperatur dan tekanan pada titik tersebut dinamai temperatur kritis dan
tekanan kritis.

4. Pemanasan Ulang
Dalam kenyataan siklus sistem turbin uap menyimpang dari siklus ideal
(Rankine) karena faktor-faktor seperti:
- Kerugian dalam pipa saluran fluida kerja. (kerugian gesekan)
- Kerugian tekanan dalam ketel uap
- Kerugian energi didalam turbin dan pompa. (gesekan antara fluida kerja
dan bagian turbin atau pompa)
Salah satu usaha utk menaikkan efisiensi turbin adalah dengan jalan
menaikkan tekanan uap dan melakukan pemanasan ulang.
Dengan pemanasan ulang akan memperoleh efisiensi yang lebih baik dan
juga menghindari uap keluar turbin dengan suhu air yang sangat tinggi.
Dengan pemanasan ulang,
turbin dibagi menjadi 2 bagian,
yaitu turbin tekanan tinggi (I)
dan turbin tekanan rendah (II).
Uap yang keluar dari turbin
tekanan tinggi dipanaskan
kembali didalam ketel
kemudian masuk kedalam
turbin tekanan rendah.

5. Siklus Rankine
Siklus Rankine terdiri dari beberapa proses sbb:
- 1-2 Proses Pemompaan
- 2-2’-3 Proses pemasukan kalor pada tekanan konstan didalam ketel
- 3-4 Proses ekspansi (penurunan tekanan) didalam turbin
- 4-1 Proses pengembunan pada tekanan konstan didalam kondensor
Untuk menaikkan efisiensi dilakukan dengan pemanasan
lanjut dari 3-3’ sehingga siklusnya menjadi 1-2-2’-3-3’-4’-1

6. Siklus Rankine
Hukum I Termodinamika: Kerja yang dihasilkan
oleh suatu proses siklus sama dengan jumlah
perpindahan kalor pada fluida kerja selama
proses siklus tersebut berlangsung.
Siklus Rankine : w = luas 1-2-2’-3-4-1
Dengan pemanas lanjut w’ = luas 1-2-2’-3-3’-4’-1
Sedangkan energi yang dimasukkan kedalam sistem (proses pemanasan
fluida kerja) adalah:
qm = luas a–2-2’-3-b-a
qm’ = luas a–2-2’-3-3’-c-a
Apabila efisiensi termal (t) didefinisikan sebagai kerja yang dihasilkan
dibagi dengan energi yang dimasukkan, maka untuk sistem tanpa
pemanasan lanjut
t = w/qm
Kerja yang dihasilkan oleh sistem dapat ditunjukkan dengan
mempergunakan diagram h-s.

7. Siklus Rankine
Kerja yang dihasilkan oleh sistem turbin uap tersebut adalah :
w = wT – wp
dimana:
wT = kerja yang dihasilkan oleh turbin persatuan berat fluida kerja
wp = kerja yang diperlukan untuk menggerakkan pompa persatuan
berat fluida kerja
Efisiensi Thermal t = w/qm = (wt- wp)/qm
h = enthalpi total fluida kerja persatuan berat
(energi yang dihasilkan persatuan berat fluida kerja (kkal/g)
Untuk sistem turbin uap dengan pemanasan lanjut:
Efisiensi Thermal t’ = w’/qm’ = (wt’- wp’)/qm

8. Siklus Rankine
Untuk keadaan jenuh (saturasi) enthalpy
dan entropy dapat dihitung dengan
persamaan:
h = (1-x) hf + x hg
= hf – xhf + x hg
= hf + x (hg-hf)
= hf + x hfg
s = sf + x sfg
wp = v (P2-P1)

9. PLTG
Gambar sebuah sistem turbin gas sederhana
Komponen utama:
1. Kompresor
2. Ruang Bakar
3. Turbin
Turbin Gas adalah turbin dengan
gas sebagai fluida kerjanya.
Udara atmosfir masuk ke dalam kompresor yang berfungsi mengisap dan
menaikkan tekanan udara sehingga temperaturnya akan naik. Udara
yang bertekanan dan bertemperatur tinggi masuk ke dalam ruang bakar.
Di dalam ruang bakar disemprotkan bahan bakar ke dalam arus udara
tersebut, sehingga terjadi proses pembakaran. Proses pembakaran
tersebut berlangsung pada tekanan konstan, sehingga ruang bakar
digunakan untuk menaikkan temperatur udara. Gas pembakaran yang
bertemperatur tinggi kemudian masuk ke dalam turbin gas dan
menghasilkan kerja, sebagian kerja tersebut digunakan untuk
menggerakkan kompresor.

10. PLTG
Pada turbin gas dengan siklus tertutup, sejumlah fluida kerja tetap
dipergunakan terus menerus. Berbeda dengan pembangkit daya siklus
terbuka, fluida kerja melewati sebuah alat pemindah kalor yang
mendinginkan fluida kerja tersebut untuk mencapai suhu awal.
Kompresor dan turbin dikopel, sehingga kompresor dapat menerima daya
langsung dari turbin.
Pada saat dihidupkan, kompresor mula-mula dihidupkan dengan sebuah
motor starter yang terpisah, dan bila turbin telah mulai beroperasi, motor
starter tersebut diputus.

11. Siklus Brayton
Siklus ideal dari sistem turbin gas sederhana adalah siklus Brayton. Siklus
Brayton terdiri dari proses:
1-2 : Proses kompresi isentropik dalam kompresor
2-3 : Proses pemasukan kalor pada tekanan P konstan
3-4 : Proses ekspansi isentropik dalam turbin
4-1 : Proses pembuangan kalor tekanan konstan dalam alat pemindah
kalor (pendingin)

12. PLTG
Pada turbin gas dengan siklus tertutup, sejumlah fluida kerja tetap
dipergunakan terus menerus. Berbeda dengan pembangkit daya siklus
terbuka, fluida kerja melewati sebuah alat pemindah kalor yang
mendinginkan fluida kerja tersebut untuk mencapai suhu awal.
Kompresor dan turbin dikopel, sehingga kompresor dapat menerima daya
langsung dari turbin.
Pada saat dihidupkan, kompresor mula-mula dihidupkan dengan sebuah
motor starter yang terpisah, dan bila turbin telah mulai beroperasi, motor
starter tersebut diputus.

13. Siklus Brayton
Siklus ideal dari sistem turbin gas sederhana adalah siklus Brayton. Siklus
Brayton terdiri dari proses:
1-2 : Proses kompresi isentropik dalam kompresor
2-3 : Proses pemasukan kalor pada tekanan P konstan
3-4 : Proses ekspansi isentropik dalam turbin
4-1 : Proses pembuangan kalor tekanan konstan dalam alat pemindah
kalor (pendingin)

14. Siklus Brayton

15. Siklus Brayton Ideal
Hubungan antara perbandingan tekanan dan perbandingan temperatur
dalam kompresi atau ekspansi isentropik diberikan oleh persamaan:
Efisiensi teoritis siklus Brayton:
Daya yang berguna (daya efektif) diberikan oleh persamaan:
Daya Teoritis diberikan oleh persamaan:

16. Gabungan Sistem
Turbin Gas dan Uap
Gas buang yang keluar dari turbin gas bertemperatur antara 400-
700C, oleh karena itu masih dapat dimanfaatkan sebagai fluida
pemanas pada ketel uap. Dengan sistem gabungan ini,
diharapkan dapat diperoleh efisiensi termal yang lebih tinggi,
yaitu gabungan antara sistem turbin gas dan sistem turbin uap.

17. Keunggulan PLTG
Keunggulan PLTG dibanding pembangkit lain:
1. Pemasangan lebih cepat.
2. Biaya modal lebih kecil.
3. Ruang yang diperlukan relatif kecil dehingga PLTG
dapat dipasang di pusat kota/industri.
4. Tingkat pemanasan dari dingin sampai beban penuh
sangat singkat.
5. Peralatan kontrol dan alat bantu sangat minim dan
sederhana.

18. Biaya
Biaya sebagai
fungsi dari jam
operasi

19. Perbandingan
L: Lama Beban

20. Operasi

21. Contoh

22. Contoh
Tentukan efisiensi siklus Rankine menggunakan uap
sebagai fluida kerja dalam tekanan kondensor 10 kPa.
Tekanan Boiler 2 MPa. Uap meninggalkan boiler sebagai
uap jenuh.

23. Tabel
Tekanan

24. Referensi
-Turbin, Wiranto Arismunandar
-Introduction To Thermodynamics, Sonntag/Van Wylen
-Energi, Abdul Kadir
-Turbin, W.Arismunandar
-Mesin Konversi Energi, A.Pudjanastra, D.Nursuhud
-Thermodynamics:An Engineering Approach, Yunus A Cengel