BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Steam
turbin turbin
adalah
mesin
mekanik
yang
menjalankan
atau
mengoperasikan turbin dengan menggunakan uap, selain itu uap yang digunakan harus berupa superheated steam. steam. Karena uap yang dihasilkan dari boiler hanya berupa saturated
steam steam maka
sebelum
uap
tersebut
digunakan
untuk
mengoperasikan turbin uap, uap tersebut harus dipanaskan kembali dengan menggunakan superheater menggunakan superheater (pemanas lanjut) hingga mencapai superheated mencapai superheated stem. Pengoperasian turbin uap secara manual harus dilakukan dengan baik dan tepat agar turbin dapat dioperasikan atau dapat digunakan dengan baik dan menghasilkan suatu tenaga listrik. Untuk itu tahapan-tahapan yang ada pada pengoperasian mesin secara manual harus dilakukan dengan baik dan tepat termasuk pencatatan berkala terhadap kondisi tekanan dan temperature dalam sistem. Pada praktikum pengoperasian turbin uap secara manual dilakukan pencatatan terhadap variabel-variabel proses seperti tekanan, temperatur uap, jumlah air kondensat, dsb.. Laporan tentang steam turbine ini kiranya dapat digunakan sebagai pengantar belajar tentang permasalahan yang menyangkut me nyangkut steam steam turbine. Bahan lain yang berhubungan dengan steam turbine yang dikeluarkan oleh lembaga lainnya patut menjadi bahan acuan untuk melengkapi isi dari laporan ini.
1.2 Tujuan
Adapun tujuan yang akan dicapai dalam praktikum steam turbin ini, diantaranya: 1.3.1 Tujuan Instruksional Instruksional Umum :
1. Dapat mengoperasikan dengan benar pengoperasian boiler, kalorimeter, steam engine, super heater, dan steam dan steam turbine. turbine.
2. Dapat
mengukur,
menghitung
dan
menganalisa
performance
/
karakteristik dari boiler, kalorimeter, steam engine dan super heater. 1.3.2 Tujuan Instruksional Khusus :
1. Dapat melakukan pengukuran terhadap beberapa parameter antara lain putaran turbine, tekanan, temperature uap, laju aliran embunan, laju aliran pendinginan, dan parameter lain yang diperlukan untuk menentukan performance steam turbine. 2. Dapat menghitung
laju aliran embunan, laju aliran pendinginan,
konsumsi uap, penurunan entalphi actual, penurunan isentropis, perpindahan panas pada air pendingin dan embunan, daya poros, daya listrik dan efisiensi.
1.3 Manfaat
Adapun manfaat yang dapat dipetik dari penulisan laporan praktikum steam turbin diantaranya adalah sebagai berikut: 1. Sebagai salah satu syarat kelulusan dari mata kuliah Praktikum Pesawat Uap dan Bejana Tekan 2. Dapat digunakan untuk menambah wawasan tentang turbin uap 3. Dapat mengetahui bagaimana kondisi peralatan terkait power plant di
Bengkel Pesawat Uap Bejana Tekan Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya.
BAB II DASAR TEORI 2.1 Pengertian Steam Turbine
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 ketel uap, yaitu suatu alat yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap. 2.2 Pengoperasian Steam Turbine
Untuk menjalankan atau mengoperasikan turbin uap ( steam turbine) harus digunakan uap, selain itu uap yang digunakan harus berupa superheated steam. Karena uap yang dihasilkan dari Boiler hanya berupa saturated steam maka sebelum uap tersebut digunakan untuk mengoperasikan turbin uap, uap tersebut harus dipanaskan kembali dengan menggunakan Superheater (pemanas lanjut) hingga mencapai superheated stem. Uap yang akan digunakan untuk mengoperasikan Boiler harus berupa uap kering ( superheated steam) karena apabila uap tersebut masih dalam kondisi uap jenuh ( saturated steam) dapat menyebabkan kavitasi dan korosi pada turbin. Proses pembentukan uap kering ditampilkan pada Gambar 2.1 sebagai berikut:
Gambar 2.1. Proses perubahan uap dengan menggunakan Superheater
(Sumber: M.J. Djokosetyadjo, 1999)
2.3 Prinsip Kerja Turbin Uap
Secara singkat prinsip kerja turbin uap adalah sebagai berikut : (1) 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. (2) Jika uap masih mempunyai kecepatan saat meninggalkan 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. (3) 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. 2.4 Proses Pemanasan Air pada Steam turbine
Dalam dunia industri yang menggunakan turbin uap, digunakan beberapa proses pemanasan air hingga siap digunakan untuk mengoperasikan turbin uap (hingga menjadi superheated steam). Proses tersebut dilakukan dengan menambahkan economizer , evaporator dan superheater. Tidak hanya itu, ada juga yang memanfaatkan exhaust gas untuk memanskan Boiler. Boiler type ini disebut dengan HRSG ( Heat Recovery Steam Generator ), sistem yang terjadi pada Boiler tipe ini akan ditampilkan pada Gambar 2.2. Dan juga ada yang
menggunakan Cogeration atau Regenerator. Fungsi dari alat – alat tersebut adalah sebagai berikut :
Economizer
: digunakan untuk memanasi air dingin dari Feed Water
Tank
menjadi air panas.
Evaporator
: digunakan untuk memanasi air panas menjadi uap basah.
Superheater
: digunakan untuk memanasi uap basah menjadi uap kering
(Superheater Steam)
Cogeration / Regenerator: digunakan untuk memanasi uap yang telah keluar dari turbin pertama ( High Pressure Turbine) ke turbin kedua atau ( Low Pressure Turbine)
Steam turbine
SH2
SH1
EVA
ECO
STACK
( ± 110 oC) Gambar 2.2 HRSG Boiler dengan menggunakan ECO, EVA dan SH
(Sumber: M.J. Djokosetyadjo, 1999)
2.5 Proses Cooling Water
Exhaust steam yang keluar dari steam turbine akan mengalami drop tekanan sehingga tekanan uap yang akan masuk kedalam condensate lebih kecil ( P = 0 Bar ) daripada tekanan cooling water dalam condensate (P = 1 atm atau 1 Bar). Untuk dapat dikondensasi maka harus digunakan vacuum pump untuk mengalirkan uap kedalam condensate. Karena cooling water in digunakan untuk mendinginkan uap panas maka cooling water out yang dikeluarkan akan bersifat panas. Oleh karena itu cooling water out dispray agar dapat didinginkan olah cooling van. Condensate harus selalu dalam keadaan baik (tidak kotor) karena apabila condensate terganggu karena adanya kotoran dari cooling water, uap yang seharusnya didinginkan menjadi terganggu proses pendinginannya sehingga uap tetap bersifat panas. Hal ini menyebabkan tekanan dalam condensate naik yang menyebabkan naiknya tekanan vacum pump yang pada akhirnya menyebabkan turunnya performance dari Boiler. Untuk mengatasi hal ini dapat dilakukan dengan mem-blow down sedikit cooling water in. 2.6 Perhitungan Steam Turbine
Dengan mengabaikan perubahan energi kinetis dan potensial yang dapat terjadi maka keluaran kerja persatuan masa yang dihasilkan turbin dapat dicari persamaan sebagai berikut : 1. Kerja Turbin Ws
= h1 – h2s
Ws
= Keluaran kerja tuebin pada proses isentropis (Kw/Kg)
h1
= Entalpi uap masuk turbin (KJ/Kg)
h2s
= Entalpi uap keluar turbin (KJ/Kg)
Namun dalam praktek, proses yang terjadi pada turbin juga dipengaruhi adanya gesekan yang terjadi yaitu ekspansi adiabatic tak dapat balik (irrevisible). Keluaran kerja turbin dapat dicari dengan persamaan berikut ini : W
= h1 – h2
W
= Keluaran kerja turbin sebenarnya (Kw/Kg)
h1
= Entalpi uap masuk turbin (KJ/Kg)
h2
= Entalpi uap keluar turbin (KJ/Kg)
Perbandingan antara keluaran kerja turbin sebenarnya dengan keluaran kerja turbin pada proses isentropis. Et Isentropis = W / Ws 2. Konsumsi uap (KJ/Kg) SC = massa embun yang terkumpul (Kg) / waktu yang diperlukan (s) 3. Pemasok nuap energi uap (KJ/Kg) HS = Entalpi pada nozel x konsumsi uap 4. Energi panas yang keluar dari turbin (KJ/s) HE = Entalpi uap pada proses isentropis (KJ/s) 5. Penurunan entalpi isentermis (KJ/s) = pemasok energi panas – energi panas keluaran = (HS – HE) 6. Penurunan entalpi pada proses isentropis
= Pemasok energi panas – entalpi isentropic keluaran X konsumsi uap = (HS – (entalpi isentropic keluaran X Sc) 7. Kandungan embun (KJ/s) HK = (laju aliran massa uap = 4,18 temperatur embun) 8. Kandungan panas pada air pendingin (KJ/s) HCW = (laju aliran masa air pendingin = 4,18 beda temperature air pendingin). 9. Panas yang diserap pada pendingin lanjut (KJ/s) = Panas keluaran turbine – panas didalam embunnan. HU = HE – HK 10. Panas yang duberikan pada siklus rankine (KJ/s) HR = Pemasok energi panas – panas didalam embunan HR = HS – HK 11. Daya rem/break power (Kw) HP
= 2π x N x T
N
= Putaran Poros Turbin
T
= Torsi (nm)
12. Konsumsi Energi Uap (KJ/Kw.s) EC = Panas yang diberikan pada siklus rankin / break power 13. Konsumsi uap spesifik/SSC (Kg/Kw) SSC = Konsumsi Uap / Break power
14. Effisiensi isentropic (%) Ef.Ist = (penurunan entalpi sesungguhnya / penuru nan entalpi isentropis) x 100% 15. Effisiensi mekanis (%) Ef.Mek = (break power / panas yang diberikan pada siklus rankin) x 100% 16. Effisiensi termal (%) Ef.Ter = (break power / panas yang diberikan pada siklus rankin) x 100% 17. Effisiensi Renkin (%) Ef.Rkn = (penurunan entalpi sesungguhnya / panas yang diberikan pada siklus rankin) x 100% 18. Efisiensi relative (%) Ef. Rel = (Effisiensi termal / Effisiensi Rankin) x 100% 19. Daya listrik yang dibangkitkan (Kw) EL
=VxI
V
= Beda potensial generator (Volt)
I
= Arus Generator (ampere)
BAB III METODOLOGI PRAKTIKUM 3.1 Alat dan Bahan
Berikut merupakan alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum turbin uap diantaranya: 3.1.1 Alat
Adapun alat – alat yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut : 1.
Paket Boiler
2.
Super Heater
3.
Steam turbine
4.
Power Supply
5.
Compressor
6.
Pompa
7.
Condensator
8.
Steam Turbin
9.
Boiler
10. Super heater 11. Bahan bakar / solar 12. Water treatment 13. Air 14. Electric supply 15. Pompa 16. Compressor 17. Stop watch 18. Gelas ukur 19. Timba 3.1.2 Bahan
Adapun bahan – bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut : 1.
Air
2.
uap
3.
oli
4.
udara
3.2 Rangkaian Percobaan
Adapun gambar aliran uap dan rangkaian percobaan dalam praktikum turbin uap ditampilkan pada Gambar 2.3 sebagai berikut:
Gambar 3.1 Diagram aliran uap dan rangkaian percobaan turbin uap
(Sumber: Subekti, 2007) 3.3 Prosedur Kerja Steam Turbine
1.
Menyalakan pompa cooling water , memeriksa air pendingin (air pendingin harus sudah bersirkulasi sebelum uap masuk pada instalasi / unit Steam Turbin).
2.
Memutar pada posisi ON eksternal electrical supply pada RCB (residual current breaker) pada box isolator switch pada panel disamping steam turbin.
3.
Start Boiler
4.
Tutup katub IV ( steam inlet ) ke turbin dengan catatan bila katub terbuka maka uap akan masuk ke instalasi pipa.
5.
Mengalirkan alirkan uap bertekanan 10 bar ke Superheater
6.
Membuka katup bahan baker untuk Superheater kemudian menekan tombol ON untuk Superheater
7.
Burner akan menyala, tunggu beberapa saat, lihatlah pada alat control, apabila steam outlet menunjukan angka 240 0C maka pemanasan uap pada Superheater telah cukup dan burner akan mati secara otomatis
8.
Putar panel switch pada posisi ON dan tekan tombol start ON untuk cooling tower dan fan
9.
Bukalah katub pada system pendingin. Hubungkan compressor dengan membuka valve yang ada pada ruangan Automatic Marine Diesel dan aturlah valve ( boldvalve) pada tekanan kira – kira 6,5 bar sehingga solenoid di steam turbin akan menyala.
10. Swich ON untuk steam turbin 11. Putarlah kunci kontak pada posisi absorber, putar knob merah stop steam turbin maka kecil hijau akan menyala 12. Bulkalah katub steam turbin inlet perlahan - lahan 13. Bukalah katub gland sealing V 13 dan V14 14. Bila turbin telah hangat bukalah steam turbin
BAB V KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan ang didapat dari praktikum ini, yaitu: 1.
Dalam mengoperasikan turbin uap, maka harus beberapa komponen harus dioperasikan dengan benar, seperti pengoperasian boiler, kalorimeter, steam engine, super heater, dan steam turbine.
2.
Exhaust steam mengalami temperature drop pada taham menuju condenser dengan entropi tetap.
DAFTAR PUSTAKA G.Cusson Ltd. 1987. “Kalorimeter Instructioanal Manual Hand Book” England 1 December 1986 M.J. Djokosetyadjo. 1999. “Ketel Uap”. Jakarta: PT Pradnya Paramita Maridjo.1995. “Petunjuk Praktikum Mesin Konversi”. Bandung: Penerbit Pusat Pengembangan Pendidikan Politeknik Subekti, Arief. 2007. Modul Praktikum: Steam Power Plant. Surabaya: Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya
