Turbin Uap

1. MODUL 9 TERMODINAMIKA TERAPAN YURIADI KUSUMA
MODUL 9
Turbin Uap
Siklus Renkine setelah diciptakan langsung diterima sebagai standar untuk
pembangkit daya yang menggunakan uap (steam ). Siklus Renkine nyata yang
digunakan dalam instalasi pembangkit daya jauh lebih rumit dari pada siklus
renkine ideal asli yang sederhana. siklus ini merupakan siklus yang paling
banyak digunakan untuk pembangkit daya listrik sekarang ini. Oleh karena
siklus Rankine merupakan sikus uap cair maka paling baik siklus itu
digambarkan dengan diagram P-v dan T-s dengan garis yang menunjukkan uap
jenuh dan cair jenuh. Fluida kerjanya adalah air (H2O).
Turbin Uap adalah salah satu komponen dasar dalam pembangkit listrik
tenaga uap. Dimana komponen utama dari sistem tersebut yaitu : Ketel,
kondensor, pompa air ketel, dan turbin itu sendiri. Uap yang berfungsi sebagai
fluida kerja dihasilkan oleh katel uap, yaitu suatu alat yang berfungsi untuk
mengubah air menjadi uap.
BOILER
konderser
Q in
Q out
2 3
Wp WT
Termodinamika Terapan
Ir. Yuriadi Kusuma, M.Sc.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar
Universitas Mercu Buana
‘12
1

2. MODUL 9 TERMODINAMIKA TERAPAN YURIADI KUSUMA
1 4
Gambar.1. 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:
3
T Cp
2
4
1
s
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
2
Gambar.2. DiagramTemperatur (T) – Entropi

3. MODUL 9 TERMODINAMIKA TERAPAN YURIADI KUSUMA
1 – 2 – 2’ – 3 – 3’ – 4 – 1
Dengan rumus:
W =  T dS
W = 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 uap
3. Kerugian energi didalam turbin karena adanya gesekan
pada fluida kerja dan bagian-bagian dari turbin.
2.2 Prinsip Kerja Turbin Uap
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.
Termodinamika Terapan
Ir. Yuriadi Kusuma, M.Sc.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar
Universitas Mercu Buana
‘12
3

4. MODUL 9 TERMODINAMIKA TERAPAN YURIADI KUSUMA
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.
2.3 Klasifikasi turbin uap
Turbin Uap dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori yang
berbeda berdasarkan pada konstruksinya, prinsip kerjanya dan menurut peoses
penurunan tekanan uap sebagai berikut:
2.3.1 Klasifikasi Turbin berdasarkan Prinsip Kerjanya
1. Turbin Impulse
Turbin impuls atau turbin tahapan impuls adalah turbin sederhana berrotor
satu atau banyak (gabungan ) yang mempunyai sudu-sudu pada rotor itu.
Sudu biasanya simetris dan mempunyai sudut masuk dan sudut keluar.
 Turbin satu tahap.
 Turbin impuls gabungan.
 Turbin impuls gabungan kecepatan.
Ciri-ciri dari turbin impuls antara lain:
- Proses pengembangan uap / penurunan tekanan seluruhnya terjadi pada
sudu diam / nosel.
4

5. MODUL 9 TERMODINAMIKA TERAPAN YURIADI KUSUMA
- Akibat tekanan dalam turbin sama sehingga disebut dengan Tekanan Rata.
2. Turbin Reaksi
Turbin reaksi mempunyai tiga tahap, yaitu masing-masingnya terdiri dari
baris sudu tetap dan dua baris sudu gerak. Sudu bergerrak turbin reaksi
dapat dibedakan dengan mudah dari sudu impuls karena tidak simetris,
karena berfungsi sebagai nossel bentuknya sama dengan sudu tetap
walaupun arahnya lengkungnya berlawanan.
Ciri-ciri turbin ini adalah :
- Penurunan tekanan uap sebagian terjadi di Nosel dan Sudu Gerak
- Adanya perbedaan tekanan didalam turbin sehingga disebut
Tekanan Bertingkat.
2.3.2 Klasifikasi turbin uap berdasarkan pada tingkat penurunan Tekanan
Dalam Turbin
 Turbin Tunggal ( Single Stage )
Dengan kecepatan satu tingkat atau lebih turbin ini cocok untuk untuk
daya kecil, misalnya penggerak kompresor, blower, dll.
 Turbin Bertingkat (Aksi dan Reaksi ).
Disini sudu-sudu turbin dibuat bertingkat, biasanya cocok untuk daya
besar. Pada turbin bertingkat terdapat deretan sudu 2 atau lebih. Sehingga
turbin tersebut terjadi distribusi kecepatan / tekanan.
2.3.3 Klasifikasi turbin berdasarkan Proses Penurunan Tekanan Uap
 Turbin Kondensasi.
Tekanan keluar turbin kurang dari 1 atm dan dimasukkan kedalam
kompresor.
 Turbin Tekanan Lawan.
Termodinamika Terapan
Ir. Yuriadi Kusuma, M.Sc.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar
Universitas Mercu Buana
‘12
5

6. MODUL 9 TERMODINAMIKA TERAPAN YURIADI KUSUMA
Apabila tekanan sisi keluar turbin masih besar dari 1 atm sehingga
masih dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin lain.
 Turbin Ekstraksi.
Didalam turbin ini sebagian uap dalam turbin diekstraksi untuk roses
pemanasan lain, misalnya proses industri.
2.4 Prinsip Kerja Turbin Uap Jenis Bertingkat 905 TG – 1 / 2 / 3 / 4
Turbin pembangkit listrik tenaga uap UP II Dumai adalah turbin yang
mempunyai Condensing Axial Flow Type dan memiliki turbin jenis bertingkat.
Turbin uap yang diinjeksikan steam LP kedalam turbin dan keluaran dalam
bentuk condence (uap jenuh) dan disebut dengan turbin uap kondensasi.
Besarnya tekanan keluaran 0,04 bar sampai dengan 0,1 bar.
Turbin uap dibuat dengan daya yang telah ditentukan. Daya yang
dihasilkan turbin diperoleh dari selisih entalphi (panas jatuh) dan kapasitas uap
( massa aliran uap persatuan waktu ) yang masuk kedalam turbin. Dan pada
saat transformasi energi didalam turbin terjadi kerugian, sehingga daya yang
dihasilkan turbin dapat dihitung dengan persamaan berikut:
P = h . ms . i . m dalam KW
Dimana :
h : selisih entalpi dari ekspansi esentropik antara uap baru masuk kedalam
turbin dengan uap bekas yang keluar dari turbin , dalam KJ/Kg.
Ms : kapasitas uap (massa uap yang masuk kedalam turbin persatuan
waktu).
i : Rendemen dalam turbin.
m : Rendamen mekanis dari turbin.
Dan randemen dari kopling dari turbin
I . m = c
6

7. MODUL 9 TERMODINAMIKA TERAPAN YURIADI KUSUMA
Besarnya harga randemen dari turbin tergantung dari kepada sistem
sudu-sudu turbin. Pada turbin bertingkat deretan sudu ada dua atau lebih
sehingga dalam turbin tersebut terjadi distribusi kecepatan / tekanan, tegantung
dari jenis turbin ( aksi dan reaksi ) serta hasil-hasil fabrikasi. Berikut gambar
grafik kecepatan bertingkat dan tekanan bertingkat pada turbin bertingkat aksi
dan reaksi. Turbin reaksi mengalami ekspansi pada sudu pengarah maupun
pada sudu gerak sehingga menggerakan dan mendorong sudu dalam arah
aksial. Untuk mengurangi dorongan aksial ini, adalah biasanya dengan
memasang sudu-sudu gerak pada pada drum yang juga berfungsi sebagai rotor.
2.4.1 Proses Induction Steam Turbin.
Proses pemasukan uap di turbin uap 905 – GT 1/2/3/4 secara sederhana :
Uap masuk kedalam emergency stop valve, dimana fungsinya menutup total
suplay uap dari boiler ke turbin dalam waktu yang singkat. Setelah dari stop
valve, uap melewati HP control valve. Control valve ( katup pengatur ) ini
digerakkan oleh sebuah balok yang diatur naik atau turun oleh sebuah silinder
melalui serangkai tuas. Silinder ini menerima sinyal dari Governor.
Katup pengatur uap tekanan tinggi ( HP Control Valve ) mengatur jumlah
uap yang masuk ke nosel ( pipa semprot ), yang selanjutnya menggerakkan
turbin impuls satu tingkat. Energi uap yang masih tersisa kemudian
menggerakkan turbin reaksi yang terdiri atas 14 tingkat. Desain turbin ini
memungkinkan penggunaan uap tekanan rendah (LP steam) yang
diijeksikan/induction untuk membantu menggerakkan turbin reaksi tingkat ke
13 dan tingkat ke 14.
Pola operasi dengan uap tekanan rendah yang bertekanan konstan diatur
oleh LP control valve ( katup pengatur uap tekanan rendah ). Governor
mengatur aliran uap tekanan rendah dan daya keluaran turbin yang tidak saling
Termodinamika Terapan
Ir. Yuriadi Kusuma, M.Sc.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar
Universitas Mercu Buana
‘12
7

8. MODUL 9 TERMODINAMIKA TERAPAN YURIADI KUSUMA
bergantung satu sama lainnya. Uap yang telah diekspansikan keluar melalui
pipa buangan berdiameter 70 inchi. Pipa buangan dari tiap turbin 905 - TG
1/2/3/4 bergabung pada satu pipa berdiameter 110 inchi yang selanjutnya
mengalirkan uap dan kondensat ke surface condensor (pendingin dengan media
udara). Sebelum air tersebut dikembalikan ke Boiler (ketel), air kondensat
digabungkan dengan air yang ada pada bak penampung dan dipompakan ke
Turbin 1 Tingkat yang berjumlah dua buah untuk menjaga kekurangan
kuantitas air ke Boiler. Air dikembalikan kembali ke boiler untuk diubah
menjadi uap kembali, jadi sistem yang digunakan adalah sistem tertutup.
Rumah turbin terbagi dua dalam arah horizontal yang dipasangkan pada
dudukan Bantalan (Bearing Pendestal ).
Pipa keluaran uap dan kondensat dihubungkan dengan turbin memakai
sambungan Flens dan arah aliran kebawah. Poros turbin terbuat dari baja tempa
yang kemudian dikerjakan dengan proses permesinan. Sudu turbin terdiri dari
sudu impuls dan sudu reaksi. Bantalan Luncur ( Jounal Bearing ) penyangga
poros terdiri dari dua bahagian. Dudukan bagian depan juga merupakan Rumah
Bantalan Aksial (Trust Bearing) yang meredam gaya aksial. Kelonggaran yang
tepat antara sudu tetap dengan sudu gerak akan menghasilkan pemanfaatan
energi yang optimum.
Balancing Piston dipasang pada turbin untuk mengimbangi gaya aksial
yang ditimbulkan oleh sudu reaksi. Besarnya gaya aksial bergantung kepada
beban yang terjadi yang kelebihannya ditahan oleh bantalan aksial. Pada saat
bersamaan Balancing piston menyekat uap tekanan tinggi didaerah sudu
impuls. Diafragma memisahkan uap bertekanan tinggi dengan uap bertekanan
rendah. Turbin dikontrol oleh governor hidrolik.
Pompa pelumas utama dan Impeler dari governor diputar oleh turbin
melalui roda gigi. Governor adalah sebagai pengatur yang berfungsi untuk
mengurangi aliran uap ke turbin bila kecepatan putar melebihi yang diinginkan
(Over Speed).
2.4.2 Bagian – bagian Turbin Uap 905 – TG – 1 / 2 / 3 / 4
8

9. MODUL 9 TERMODINAMIKA TERAPAN YURIADI KUSUMA
Dari data yang didapatkan dari Blue Book dan menurut lampiran dari gambar
Turbin Part SR 434450 maka bagian – bagian Turbin dapat diuraikan sebagai
berikut :
1. CASSING
Adalah sebagai penutup bagian-bagian utama turbin.
2. ROTOR
Adalah bagian turbin yang berputar yang terdiri dari poros, sudu turbin atau
deretan sudu yaitu Stasionary Blade dan Moving Blade. Untuk turbin
bertekanan tinggi atau ukuran besar, khususnya unuk turbin jenis reaksi
maka motor ini perlu di Balanceuntuk mengimbagi gaya reaksi yang timbul
secara aksial terhadap poros.
3. BEARING PENDESTAL
Adalah merupakan kekdudukan dari poros rotor.
4. JOURNAL BEARING
Adalah Turbine Part yang berfungsi untuk menahan Gaya Radial atau Gaya
Tegak Lurus Rotor.
5. THRUST BEARING
adalah Turbine Part yang berfungsi untuk menahan atau untuk menerima
gaya aksial atau gaya sejajar terhadap poros yang merupakan gerakan maju
mundurnya poros rotor.
6. MAIN OLI PUMP
Berfungsi untuk memompakan oli dari tangki untukdisalurkan pada bagian –
bagian yang berputar pada turbin . Dimana fungsi dari Lube Oil adalah :
 Sebagai Pelumas pada bagian – bagian yang berputar.
 Sebagai Pendingin ( Oil Cooler ) yang telah panas dan masuk ke
bagian turbin dan akan menekan / terdorong keluar secara sirkuler
Termodinamika Terapan
Ir. Yuriadi Kusuma, M.Sc.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar
Universitas Mercu Buana
‘12
9

10. MODUL 9 TERMODINAMIKA TERAPAN YURIADI KUSUMA
 Sebagai Pelapis ( Oil Film ) pada bagian turbin yang bergerak secara
rotasi.
 Sebagai Pembersih ( Oil Cleaner ) dimana oli yang telah kotor
sebagai akibat dari benda-benda yang berputar dari turbin akan
terdorong ke luar secara sirkuler oleh oli yang masuk .
7. GLAND PACKING
Sebagai Penyekat untuk menahan kebocoran baik kebocoran Uap maupun
kebocoran oli.
8. LABIRINTH RING
Mempunyai fungsi yang sam dengan gland packing.
9. IMPULS STAGE
Adalah sudu turbin tingkat pertama yang mempunyai sudu sebanyak 116
buah
10. STASIONARY BLADE
Adalah sudu-sudu yang berfingsi untuk menerima dan mengarahkan steam
yang masuk.
11. MOVING BLADE
Adalah sejumlah sudu-sudu yang berfungsi menerima dan merubah Energi
Steam menjadi Energi Kinetik yang akan memutar generator.
12. CONTROL VALVE
Adalah merupakan katup yang berfungsi untuk mengatur steam yang masuk
kedalam turbin sesuai dengan jumlah Steam yang diperlukan.
13. STOP VALVE
Adalah merupakan katup yang berfungsi untuk menyalurkan atau
menghentikan aliran steam yang menuju turbin.
14. REDUCING GEAR
Adalah suatu bagian dari turbin yang biasanya dipasang pada turbin-turbin
dengan kapasitas besar dan berfungsi untuk menurunkan putaran poros rotor
dari 5500rpm menjadi 1500 rpm.
Bagian-bagian dari Reducing Gear adalah :
10

11. MODUL 9 TERMODINAMIKA TERAPAN YURIADI KUSUMA
 Gear Cassing adalah merupakan penutup gear box dari bagian-
bagian dalam reducing gear.
 Pinion ( high speed gear ) adalah roda gigi dengan type Helical yang
putarannya merupakan putaran dari shaft rotor turbin uap.
 Gear Wheal ( low speed gear ) merupakan roda gigi type Helical
yang putarannya akan mengurangi jumlah putaran dari Shaft rotor
turbin yaitu dari 5500 rpm menjadi 1500 rpm.
 Pinion Bearing yaitu bantalan yang berfungsi untuk menahan /
menerima gaya tegak lurus dari pinion gear.
 Pinion Holding Ring yaitu ring berfungsi menahan Pinion Bearing
terhadap gaya radial shaft pinion gear.
 Wheel Bearing yaitu bantalan yang berfungsi menerima atau
menahan gaya radial dari shaft gear wheel.
 Wheel Holding Ring adalah ring penahan dari wheel Bearing
terhadap gaya radial atau tegak lurus shaft gear wheel.
 Wheel Trust Bearing merupakn bantalan yang berfungsi menahan
atau menerima gaya sejajar dari poros gear wheel ( gaya aksial )
yang merupakan gerak maju mundurnya poros.
Termodinamika Terapan
Ir. Yuriadi Kusuma, M.Sc.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar
Universitas Mercu Buana
‘12
11

12. MODUL 9 TERMODINAMIKA TERAPAN YURIADI KUSUMA
12