4.2 Turbin Uap 2 di PT. Tritunggal Sentra Buana
4.2.1 Spesifikasi
PT. Tritunggal Sentra Buana POM menggunakan 2 buah turbin uap untuk memenuhi kebutuhan listrik di pabrik. Turbin 1 hanya digunakan ketika turbin 2 tidak mampu memenuhi kebutuhan listrik pabrik. Turbin 2 di PT. Tritunggal Sentra Buana adalah turbin uap Shinko Model RB4. Spesifikasinya adalah sebagai berikut :
Tabel 4.1 Spesifikasi turbin uap Shinko Model RB4
Max. Output
1.200 kW
Max. Speed (Turbine Shaft)
5294 rpm
Speed (Output Shaft)
1.500 rpm
Steam Pressure
20 bar
Steam Temperature
215 ºC
Exhaust Pressure
3,1 bar
Gambar 4.2 Shinko Model RB4
4.2.2 Komponen Utama
Gambar 4.3 Bagian dalam turbin 2
Gambar 4.4 Komponen-komponen utama turbin 2
4.2.2.1 Casing
Casing adalah bagian yang diam merupa-kan rumah atau wadah dari rotor. Pada casing terdapat sudu-sudu diam yang dipasang melingkar dan berjajar terdiri dari beberapa baris yang merupakan pasangan dari sudu gerak pada rotor. Sudu diam berfungsi untuk mengarahkan aliran uap agar tepat dalam mendorong sudu gerak pada rotor.
4.2.2.2 Rotor
Rotor adalah bagian yang berutar terdiri dari poros dan sudu-sudu gerak yang terpasang mengelilingi rotor. Jumlah baris sudu gerak pada rotor sama dengan jumlah baris sudu diam pada casing. Pasangan antara sudu diam dan sudu gerak disebut tingkat (stage). Sudu gerak berfungsi untuk merubah energi kinetik uap menjadi energi mekanik.
4.2.2.3 Bantalan (Bearing)
Fungsi bantalan (bearing) adalah untuk menopang dan menjaga rotor turbin agar tetap pada posisi normalnya.
4.2.2.4 Katup Utama (Main Valve)
Katup utama turbin terdiri dari main stop valve (MSV) dan governor valve (GV). Main Sop Valve (MSV) berfungsi sebagai katup penutup cepat jika turbin trip atau katup pengisolasi turbin terhadap uap masuk. MSV bekerja dalam dua posisi, yaitu menutup penuh atau membuka penuh.
Turbin harus dapat beroperasi dengan putaran yang konstan pada beban yang berubah-ubah. Untuk membuat agar putaran turbin selalu tetap digunakan governor valve yang bertugas mengatur aliran uap masuk turbin sesuai dengan bebannya.
4.2.2.5 Reducing Gear
Adalah suatu bagian dari turbin yang biasanya dipasang pada turbin-turbin dengan kapasitas besar dan berfungsi untuk menurunkan putaran poros rotor dari 5.294 rpm menjadi 1.500 rpm.
Bagian-bagian dari Reducing Gear adalah :
Gear cassing adalah penutup gear box dari bagian-bagian dalam reducing gear.
Pinion (high speed gear) adalah roda gigi dengan tipe helical yang putarannya merupakan putaran dari shaft rotor turbin uap.
Gear wheal (low speed gear) merupakan roda gigi tipe helical yang putarannya akan mengurangi jumlah putaran dari shaft rotor turbin yaitu dari 5.294 rpm menjadi 1.500 rpm.
Pinion bearing yaitu bantalan yang berfungsi untuk menahan atau 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.
4.2.3 Efisiensi
Turbin uap 2 di PT. Tritunggal Sentra Buana bekerja menurut prinsip siklus Rankine. Fungsi kondensor diganti dengan back pressure vessel (BPV). Proses kerja turbin uap 2 seperti di bawah ini :
TurbinProsesBoilerFeed WaterBoilerBack Pressure Vessel (BPV)1234TurbinProsesBoilerFeed WaterBoilerBack Pressure Vessel (BPV)1234
Turbin
Proses
Boiler
Feed Water
Boiler
Back Pressure Vessel (BPV)
1
2
3
4
Turbin
Proses
Boiler
Feed Water
Boiler
Back Pressure Vessel (BPV)
1
2
3
4
Gambar 4.5 Skema kerja turbin uap 2 PT. Tritunggal Sentra Buana
Uap (steam) dengan kondisi sebagai berikut :
Masuk turbin : P3 = 2.000 kPa (saturated steam)
Masuk BPV : P4 = 310 kPa
Feed water : P1 = 101,325 kPa (air)
Masuk boiler : P2 = 2.000 kPa (air)
Perhitungan dimulai dengan penentuan nilai variabel yang diperlukan di setiap titik. Neraca energi digunakan untuk menghitung kerja dan panas yang terlibat.
Pada titik 3, uap jenuh dengan P3 = 2.000 kPa (Tjenuh = 212,42 ºC)
h3 = 2.799,5 kJ/kg (dari steam table)
s2 = 6,3408 kJ/kg.K (dari steam table)
Titik 4, hasil ekspansi yang akan masuk back pressure vessel (BPV). Karena uap masuk turbin telah jenuh, maka saat keluar turbin pasti telah ada yang mengembun. Titik 4 merupakan campuran cair-jenuh dan uap-jenuh.
P4 = 310 kPa (diketahui)
s4 = s3 = 6,3408 kJ/kg.K (3 – 4 isentropik)
h4 ditentukan dengan cara menghitung fraksi cair dan uap keluar turbin. Sebelumnya dicari nilai entalpi dan entropi cair-jenuh dan uap-jenuh pada suhu 134,6 ºC dari steam table, didapatkan :
s*liquid = 1,6832 kJ/kg.K
h*liquid = 566,162 kJ/kg
s*vapor = 6,9811 kJ/kg
h*vapor = 2.726,78 kJ/kg
Fraksi cair (x) di dalam titik 4 dihitung dari :
s4 = x . s*liquid + (1 – x) . s*vapor
6,3408 = x . 1,6832 + (1 – x) . 6,9811
6,3408 = 1,6832x + 6,9811 - 6,9811x
(6,9811 – 1,6832)x = 6,9811 – 6,3408
5,2978x = 0,6403
x = 0,1209
Entalpi di titik 4 merupakan campuran entalpi cair-jenuh dan entalpi uap-jenuh.
h4 = x . h*liquid + (1 – x) . h*vapor
= 0,1209 . 566,162 + (1 – 0,1209) . 2.726,78
= 68,449 + 2.397,112
= 2.465,561 kJ/kg
Titik 1 adalah air dengan suhu 70 ºC, didapatkan :
h1 = 292,96 kJ/kg (dari steam table)
Dari titik 1 ke titik 2, air dipompa masuk ke boiler. Tekanan air naik dari 31,201 kPa menjadi 2.000 kPa. Didapatkan data :
V = 1,023 . 10-3 m3/kg (dari steam table)
Pe = 2.000 kPa
Pi = 31,201 kPa
Menghitung kerja pompa menggunakan persamaan (3.4).
Wp = V . (Pe – Pi)
= 1,023 . 10-3 . (2.000 – 101,325)
= 1,023 . 10-3 . 1.898,675
= 1,9423 kJ/kg
Entalpi h2 ditentukan menggunakan neraca energi proses pemompaan.
h2 – h1 = Wp
h2 = h1 + Wp
= 292,96 + 1,9423
= 294,9024 kJ/kg
Menghitung kerja yang dihasilkan turbin adalah dengan mengurangi antara entalpi setelah masuk turbin (h4) dengan entalpi sebelum masuk turbin (h3).
W = h4 – h3
= 2.465,561 – 2.799,5
= -333,939 kJ/kg (panas keluar)
Kerja neto dihitung menggunakan persamaan (3.2) :
Wnet = Wp + W
= 1,9423 + (-333,939)
= -331,9967 kJ/kg
Menghitung panas yang diserap di boiler menggunakan persamaan (3.3) :
qin = h3 – h2
= 2.799,5 – 294,974
= 2.504,526 kJ/kg
Efisiensi siklus didapatkan dengan menggunakan persamaan (3.1) :
η= Wnetqin= -333,9252.504,526×100%=13,333%
Jadi, efiensi siklus turbin uap 2 yang ada di PT. Tritunggal Sentra Buana adalah sebesar 13,333%. Dengan efisiensi ini, turbin sudah mampu menjalankan generator berkapasitas 1.200 kW. Namun rata-rata daya listrik yang digunakan untuk proses maupun kegiatan lain di pabrik hanya berkisar antara 400 sampai 650 kW.