Turbin Uap

Sebuah sistem turbin uap - generator yang digunakan untuk pembangkit listrik tenaga uap berfungsi untuk mengkonversikan energi panas dari uap air menjadi energi listrik. Proses yang terjadi adalah energi panas yang ditunjukkan oleh gradien/perubahan temperatur dikonversikan oleh turbin menjadi energi kinetik dan sudu-sudu turbin mengkonversikan energi kinetik ini menjadi energi mekanik pada poros/shaft. Pada akhirnya, generator mengkonversikan energi mekanik menjadi energi listrik. Panas dari uap air yang tidak terkonversi menjadi energi mekanik, terdisipasi/dibuang di kondenser oleh air pendingin.

Turbin Uap Multistage

20110807-075921.jpg

Umumnya PLTU menggunakan turbin uap tipe multistage, yakni turbin uap yang terdiri atas lebih dari 1 stage turbin (Turbin High Pressure, Intermediate Pressure, dan Low Pressure). Uap air superheater yang dihasilkan oleh boiler masuk ke turbin High Pressure (HP), dan keluar pada sisi exhaust menuju ke boiler lagi untuk proses reheater. Uap air yang dipanaskan kembali ini dimasukkan kembali ke turbin uap sisi Intermediate Pressure (IP), dan uap yang keluar dari turbin IP akan langsung masuk ke Turbin Low Pressure (LP). Selanjutnya uap air yang keluar dari turbin LP masuk ke dalam kondenser untuk mengalami proses kondensasi.

Berikut adalah beberapa bagian-bagian penting dari turbin uap:
1. Shaft Seals
Shaft seals adalah bagian dari turbin antara poros dengan casing yang berfungsi untuk mencegah uap air keluar dari dalam turbin melewati sela-sela antara poros dengan casing akibat perbedaan tekanan dan juga untuk mencegah udara masuk ke dalam turbin (terutama turbin LP karena tekanan uap air yang lebih vakum) selama turbin uap beroperasi.

Turbin uap menggunakan sistem labyrinth seal untuk shaft seals. Sistem ini berupa bagian yang berkelak-kelok pada poros dan casing-nya yang kedua sisinya saling bertemu secara berselang-seling. Antara labyrinth poros dengan labyrinth casing ada sedikit rongga dengan jaraj tertentu. Sistem ini bertujuan untuk mengurangi tekanan uap air di dalam turbin yang masuk ke sela-sela labyrinth sehingga tekanan antara uap air dengan udara luar akan mencapai nilai yang sama pada titik tertentu.

Prinsip dan Jenis Labyrinth Seals

20110807-092621.jpg

20110807-092632.jpg

Selain adanya sistem labyrinth seal, ada satu sistem tambahan bernama sistem seal & gland steam. Sistem ini bertugas untuk menjaga tekanan di labyrinth seal pada nilai tertentu terutama pada saat start up awal atau shut down turbin dimana pada saat tersebut tidak ada uap air yang masuk ke dalam turbin uap.

2. Turbine Bearings
Bearing / bantalan pada turbin uap memiliki fungsi sebagai berikut:

  • Menahan diam komponen rotor secara aksial
  • Menahan berat dari rotor
  • Menahan berbagai macam gaya tidak stabil dari uap air terhadap sudu turbin
  • Menahan gaya kinetik akibat dari sisa-sisa ketidakseimbangan atau ketidakseimbangan karena kerusakan sudu (antisipasi)
  • Menahan gaya aksial pada beban listrik yang bervariasi

Jenis bearing yang digunakan dalam desain turbin uap yaitu thrust bearing, journal bearing, dan kombinasi antara keduanya. Selain itu juga dibutuhkan sebuah sistem pelumasan menggunakan oli, yang secara terus-menerus disirkulasi dan didinginkan untuk melumasi bearing yang terus mengalami pergesekan pada saat turbin uap beroperasi normal.

3. Balance Piston
Pada turbin uap, ada 50%ngaya reaksi dari sudu yang berputar menghasilkan gaya aksial terhadap sisi belakang dari silinder pertama turbin, gaya inilah yang perlu dilawan oleh sistem balance piston.

4. Turbine Stop Valves
Atau disebut juga Emergency Stop Valve karena berfungsi untuk mengisolasi turbin dari supply uap air pada keadaan darurat untuk menghindari kerusakan atau juga overspeed.

5. Turbine Control Valve
Berfungsi untuk mengontrol supply dari uap air yang masuk ke dalam turbin sesuai dengan sistem kontrol yang bergantung pada besar beban listrik.

6. Turning Device
Adalah suatu mekanisme untuk memutar rotor dari turbin pada saat start awal atau pada saat setelah shut down untuk mencegah terjadinya distorsi/bending akibat dari proses pemanasan atau pendinginan yang tidak seragam pada rotor.

Ebook tentang turbin uap:
1. Turbin Uap dan Tren Pengembangannya
2. Steam Turbine
3. Introduction of Steam Turbine
4. Steam Turbine Design Philosophy and Technology

Macam-Macam Turbin

Turbin adalah suatu mesin rotari yang berfungsi untuk mengubah energi dari aliran fluida menjadi energi gerak yang bermanfaat.

Mesin turbin yang paling sederhana terdiri dari sebuah bagian yang berputar disebut rotor, yang terdiri atas sebuah poros/shaft dengan sudu-sudu atau blade yang terpasang disekelilingnya. Rotor tersebut berputar akibat dari tumbukan aliran fluida atau berputar sebagai reaksi dari aliran fluida tersebut. Oleh karena itulah turbin terbagi atas 2 jenis, yaitu turbin impuls dan turbin reaksi. Rotor pada turbin impuls berputar akibat tumbukan fluida bertekanan yang diarahkan oleh nozzle kepada rotor tersebut, sedangkan rotor turbin reaksi berputar akibat dari tekanan fluida itu sendiri yang keluar dari ujung sudu melalui nozzle. Untuk lebih jelasnya dapat kita amati pada gambar di bawah ini.

Prinsip Turbin Impuls dan Reaksi

20110803-042533.jpg

Turbin Impuls
Turbin ini merubah arah dari aliran fluida berkecepatan tinggi menghasilkan putaran impuls dari turbin dan penurunan energi kinetik dari aliran fluida. Tidak ada perubahan tekanan yang terjadi pada fluida, penurunan tekanan terjadi di nozzle.

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

Berikut adalah macam-macam turbin berdasarkan aplikasi penggunaannya:
1. Turbin Uap (Steam Turbine)
Turbin uap menggunakan media uap air sebagai fluida kerjanya. Banyak digunakan untuk pembangkit tenaga listrik dengan menggunakan bahan bakar batubara, solar, atau tenaga nuklir. Prinsip dari turbin ini adalah untuk mengkonversi energi panas dari uap air menjadi energi gerak yang bermanfaat berupa putaran rotor.

Turbin Uap pada PLTU

2. Turbin Gas
Turbin jenis ini menggunakan fluida udara yang dipanaskan secara cepat sebagai fluida kerjanya. Sebuah kompresor yang berfungsi untuk mengkompres udara dipasang satu poros dengan turbin (coupled).

Skema dan Gambar Penampang Turbin Gas

20110806-084922.jpg

Animasi Turbin Gas

3. Turbin Air
Turbin ini termasuk jenis turbin yang paling sederhana disamping kincir angin. Ada 3 jenis turbin air yaitu turbin Pleton, turbin Franchis, dan turbin Kaplan.

Animasi Perbedaan Turbin Air Pleton, Franchis, dan Kaplan

4. Turbin Angin
Turbin angin lebih dikenal dengan kincir angin, berfungsi untuk mengkonversi energi kinetik dari anginmenjadi energi gerak.

Turbin Angin

Free e-book:
1. Water Turbine
2. Wind Turbines
3. Gas Turbine
4. Gas Turbine - 2
5. Steam Turbine
6. Introduction of Steam Turbine

Buku tentang turbin:
1. Steam Turbines: Theory and Design
2. Gas Turbine Theory
3. Innovation in Wind Turbine Design

Pembakaran Batubara (Pulverized Fuel) - 2

Batubara yang digunakan pada suatu PLTU untuk proses pembakaran, mengalami beberapa proses secara mekanis untuk meningkatkan efisiensi pembakaran. Berikut akan saya jelaskan secara singkat proses-proses yang terjadi:

1. Yang pertama adalah proses grinding. Batubara yang akan masuk ke dalam furnace digrinding terlebih dahulu menjadi berukuran serbuk. Alat grindingnya bernama Pulverizer, untuk itulah batubara yang sudah berbentuk serbuk dinamakan Pulverized Fuel. Tujuan utama dari proses ini adalah untuk lebih meningkatkan efisiensi pembakaran, karena ukuran batubara yang kecil berupa serbuk akan lebih mudah terbakar daripada masih berukuran aslinya. Di sisi lain juga agar lebih mudah mengontrol proses pembakaran yang terjadi di dalam furnace secara otomatis. Sebagai gambaran saja, sebuah pembangkit listrik tenaga uap dengan bahan baku batubara, yang memiliki kapasitas beban listrik 610 MW dapat menghabiskan 300 ton batubara setiap jam.

Pulverizer

20110519-023048.jpg

Batubara yang mengalami grinding akan melewati 'classifier' sebelum ia keluar dari pulverizer menuju furnace. Classifier adalah semacam krepyak yang berfungsi sebagai ayakan, sehingga batubara yang sudah berukuran sesuai dengan yang diinginkan bisa melewati classifier dan menuju furnace. Sedangkan yang masih berukuran terlalu besar akan digrinding lagi.

2. Proses kedua adalah proses transport batubara dari pulverizer menuju furnace sekaligus proses pengeringan batubara tersebut. Batubara tersebut ditransport menuju furnace dengan menggunakan media udara panas. Panas dari udara ini dijaga di temperatur 68º Celcius. Panas dari udara inilah yang berfungsi untuk mengeringkan batubara sebelum ia masuk ke dalam furnace. Tujuan utama mengeringkan batubara ini juga untuk lebih meningkatkan efisiensi porses pembakaran. Dapat dibayangkan apabila batubara yang masih dalam kondisi basah (akibat hujan misalnya) masuk ke dalam furnace lalu dibakar, pasti akan lebih banyak membutuhkan waktu karena harus menunggu batubara tersebut kering terlebih dahulu. Lain halnya apabila batubara yang digunakan sudah kering, pulverized fuel yang dicampur dengan udara panas di dalam furnace akan lebih cepat untuk dipicu terbakar oleh flame ignitor. Flame ignitor adalah pemicu api, di kendaraan bermotor alat ini berupa busi yang digunakan untuk memicu terjadinya pembakaran di ruang bakar.