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.

Fan Stall dan Alat Pendeteksinya

Pada artikel saya sebelumnya saya menjelaskan bahwa fan (kipas) merupakan alat yang digunakan untuk menciptakan aliran udara. Besarnya aliran udara dapat diatur dengan merubah-ubah besar sudut dari fan blade (pisau kipas). Semakin besar sudut yang dibuat, akan semakin besar pula aliran udara yg terjadi. Perubahan kecepatan relatif dari udara serta arah pantulan akibat fan blade juga akan menyebabkan timbulnya pressure.

Namun untuk memperbesar bukaan sudut fan blade tidak boleh sembarangan. Karena pada saat sudut bukaannya terlalu besar, udara yang terpantul dari fan blade tidak lagi akan seragam. Pada saat itu udara yang terpantul dan tekanan akan berhenti naik dan normalnya akan justru turun. Inilah yang disebut dengan Stall Point.

Fan-fan besar di dunia industri memang ada yang besar dari blade pitch-nya diatur sesuai dengan flow udara yang dibutuhkan. Dan umumnya juga stall akan terjadi di bukaan blade pitch 95% atau lebih besar.

Kalau dibayangkan, stall pada fan yaitu seakan-akan fan blade hanya "memukul-mukul" udara tanpa menimbulkan aliran udara yang diharapkan.

Ada 1 jenis fan yang ternyata ia didesain bekerja dalam kondisi stall. Yaitu Centrifugal Fan. Fan ini dianggap selalu beroperasi dalam kondisi stall karena perbedaan arah kecepatan fan blade dengan arah udara masuk.

Sebuah fan yang sedang dalam keadaan stall biasanya menimbulkan suara bising yang amat sangat. Bahkan biasanya seperti terdengar impeller dari fan sedang memukul suatu benda padat (hammering).

Yang sangat perlu diperhatikan pada fenomena fan stall adalah potensi kerusakan material yang sangat mungkin terjadi. Pada axial fan yang sering mengalami stall biasanya akan mengalami fatigue (kelelahan). Namun beda hal nya dengan centrifugal fan yang memang ia didesain beroperasi pada keadaan stall, kerusakan yang mungkin terjadi sangat minim.

Selain kita bisa mendeteksi terjadinya stall dengan melihat parameter-parameter seperti getaran, suara bising, dan nilai ampere motor yang turun, ada satu instrument bernama Petermann Probe yang berfungsi mendeteksi terjadinya stall dengan lebih presisi. Bahkan kita pun bisa mengetahui terjadinya indikasi stall atau biasa dikenal dengan kondisi surge (sesaat dimana akan terjadi stall).

Area-area aliran turbulen pada axial fan pada saat akan terjadi stall

20110706-102339.jpg

Variasi tekanan udara yang mucul pada area fan blade pada saat terjadinya stall, mengindikasikan adanya aliran udara yang ditimbulkan fan tersebut terhalangi (blockage) atau bahkan mengalir berlawanan arah.

Fenomena di atas digunakan oleh satu alat untuk mengidentifikasi terjadinya stall pada axial fan yaitu bernama Petermann Probe. Petermann Probe bekerja dengan membandingkan besar tekanan udara antara tekanan udara total yang berlawanan arah dengan arah putaran impeler, dengan tekanan udara statis (static pressure) di point yang sama. Untuk lebih jelas nya bisa dilihat di gambar di bawah ini.

Konsep penggunaan Petermann Probe

20110706-012045.jpg

Konsep Petermann Probe adalah, besar dari perbedaan tekanan yang diukur akan mendekati nol pada saat fan pada kondisi normal operasi. Namun, pada saat kondisi stall nilai perbedaan tekanan ini akan samakin besar dan positif. Hal ini sesuai dengan grafik yang ada di bawah ini.

Grafik perbedaan tekanan dari Petermann Probe dengan flow udara

20110706-012847.jpg

Free E-book tentang Fan Stall:
Fans & System Stall