BAB I
PENDAHULUAN
Turbin adalah mesin penggerak, dimana energy fluida kerja
dipergunakan langsung untuk memutar roda turbin. Jadi, berbeda
dengan yang terjadi dengan mesin torak, pada turbin tidak terdapat
bagian mesin yang bergerak translasi. Bagian turbin yang berputar
dinamai rotor atau roda turbin., sedangkan bagian yang tidak
berputar dinamai stator atau rumah turbin. Roda turbin terletak di
dalam rumah turbin dan roda turbin memutar poros daya yang
menggerakkan atau memutar bebannya (generator listrik, pompa,
kompresor, baling-baling atau mesin lainnya). Di dalam turbin,
fluida kerja mengalami proses ekspansi, yaitu proses penurunan
tekanan dan mengalir secara kontinu. Kerja fluida dapat berupa air,
uap air, atau gas.
Secara umum, sistem turbin terdiri dari beberapa komponen,
antara lain: kompresor, pompa, ketel uap (boiler), ruang bakar,
kondensor dan turbin. Turbin banyak di manfatkan untuk pembangkit
listrik, pesawat terbang, di dalam industry, dan lain-lain. Di
dalam makalah ini, akan di bahas khusus pada turbin uap dan turbin
gas baik dalam siklus, klasifikasi, komponen-komponen yang ada, dan
prinsip kerja dari turbin tersebut serta aplikasi turbin yang akan
di gunakan.BAB II
PEMBAHASAN
II.1 TURBIN UAP
Turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi
potensial menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini selanjutnya
diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros turbin.
Poros turbin langsung atau dengan bantuan elemen lain, dihubungkan
dengan mekanisme yang digerakkan. Tergantung dari jenis mekanisme
yang digerakkan turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang
industri, seperti untuk pembangkit listrik.
A. Prinsip Kerja Sistem Turbin UapTurbin uap merupakan salah
satu jenis mesin yang menggunakan metode external combustion engine
(mesin pembakaran luar). Pemanasan fluida kerja (uap) dilakukan di
luar sistem. 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. 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.B. Klasifikasi Turbin Uap
Turbin uap dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
a. Menurut arah aliran uap Turbin aksial: Fluida kerja mengalir
dalam arah yang sejajar terhadap sumbu turbin Turbin radial: Fluida
kerja mengalir dalam arah yang tegak lurus terhadap sumbu turbin.b.
Menurut prinsip aksi uap Turbin impuls: Energi potensial uap diubah
menjadi energi kinetik di dalam nosel. Turbin reaksi: Ekspansi uap
terjadi pada sudu pengarah dan sudu gerak.
c. Menurut pemakaiannya di bidang industri Turbin stasioner
dengan putaran yang konstan yang dipakai terutama untuk generator.
Turbin stasioner dengan putaran yang bervariasi dipakai untuk
mengerakkan blower turbo, pompa, dan lain-lain. Turbin tidak
stasioner dengan putaran yang bervariasi, biasa digunakan pada
kapal dan lokomotif uap.C. Siklus turbin uapSiklus ideal yang
terjadi didalam turbin adalah siklus Renkine. Siklus Rankine adalah
siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja. Panas
disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya
menggunakan air sebagai fluida yang bergerak. Siklus rankine
terdiri dari beberapa proses antara lain:
Proses 1-2: Proses pemompaan isentropik, didalam pompaProses
2-2-3: Proses pemasukan kalor atau pemanasan pada tekanan konstan,
di dalam ketelProses 3-4: Proses ekspansi isentropik di dalam
turbinProses 4-1: Proses pengeluaran kalor dalam kondensorD.
Aplikasi turbin uapSalah satu contoh aplikasi turbin gas yang di
gunakan adalah Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Dalam PLTU,
energi primer yang dikonversikan menjadi energi listrik adalah
bahan bakar. Baban bakar yang digunakan dapat berupa batubara
(padat), minyak (cair), atau gas. Ada kalanya PLTU menggunakan
kombinasi beberapa macam bahan bakar. Konversi energi tingkat
pertama yang berlangsung dalam PLTU adalah konversi energi primer
menjadi energi panas (kalor). Hal ini dilakukan dalam ruang bakar
dari ketel uap PLTU. Energi panas ini kemudian dipindahkan ke dalam
air yang ada dalam pipa ketel untuk menghasilkan uap yang
dikumpulkan dalam drum dari ketel. Uap dari drum ketel dialirkan ke
turbin uap. Dalam turbin uap, energi uap dikonversikan menjadi
energi mekanis penggerak generator, dan akhirnya energi mekanik
dari turbin uap ini dikonversikan menjadi energi listrik oleh
generator. II.1 TURBIN GAS
Turbin gas adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai
fluida untuk memutar turbin dengan pembakaran internal. Didalam
turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik
melalui udara bertekanan yang memutar roda turbin sehingga
menghasilkan daya. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri
dari tiga komponen yaitu:1. Kompresor (Compressor)
Berfungsi untuk menaikkan tekanan udara yang masuk
2. Ruang bakar (Combustion Area)Berfungsi untuk membakar bahan
bakar yang masuk dan menghasilkan tekanan yang sangat tinggi begitu
pula dengan kecepatannya.
3. Turbin (Turbine)Berfungsi untuk Mengkonversi energi dari gas
dengan tekanan dan kecepatan yang tinggi hasil dari combustion area
menjadi energi mekanik berupa rotasi poros turbin.A. Prinsip Kerja
Sistem Turbin GasUdara masuk kedalam kompresor melalui saluran
masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan
menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga
meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar.
Di dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara
mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran
tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat
dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil
pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel
yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu
turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan
untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya
seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas
tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust).
Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas
adalah sebagai berikut:
1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan
2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam
ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.
3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir
ke luar melalui nozel (nozzle).
4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan
lewat saluran pembuangan.A. Klasifikasi Turbin Gas
Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi
poros dan lainnya. Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari:a.
Turbin gas siklus tertutup (Close cycle): akhir ekspansi fluida
kerjanya didinginkan untuk kembali ke dalam proses awal.b. Turbin
gas siklus terbuka (Open cycle): akhir ekspansi fluida kerjanya
langsung dibuang ke udara atmosfirDalam industri turbin gas umumnya
diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu :
1. Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)Turbin jenis ini
digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan
energi listrik untuk keperluan proses di industri.2. Turbin Gas
Poros Ganda (Double Shaft)Turbin jenis ini merupakan turbin gas
yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi dan turbin bertekanan
rendah, dimana turbin gas ini digunakan untuk menggerakkan beban
yang berubah seperti kompresor pada unit proses.B. Siklus Turbin
GasSiklus brayton merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk
turbin gas, sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer
digunakan oleh pembuat mesin turbine atau manufacturer dalam
analisa untuk performance upgrading. Siklus Brayton ini terdiri
dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses
pelepasan panas pada tekanan konstanSiklus Brayton terdiri dari
proses:
Proses 1-2: proses kompresi isentropik di dalam kompresor.
Proses 2-3: proses pemasukan bahan bakar pada tekanan konstan di
dalam ruang bakar atau alat pemindah kalor (pemanas).Proses 3-4:
proses ekspansi isentropik didalam turbin.Proses 4-1: proses
pembuangan kalor pada tekanan konstan dalam alat pemindah kalor.C.
Aplikasi dari turbin gasSalah satu contoh aplikasi turbin gas yang
di gunakan adalah Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG). Gambar
menunjukkan prinsip kerja PLTG. Udara masuk ke kompresor untuk
dinaikkan tekanannya, kemudian udara tersebut dialirkan ke ruang
bakar. Dalam ruang bakar, udara bertekanan ini dicampur dengan
bahan bakar dan dibakar. Apabila digunakan bahan bakar gas (BBG),
maka gas dapat langsung dicampur dengan udara untuk dibakar, tetapi
apabila digunakan bahan bakar minyak (BBM), maka BBM ini harus
dijadikan kabut terlebih dahulu kemudian baru dicampur dengan udara
untuk dibakar. Teknik mencampur bahan bakar dengan udara dalam
ruang bakar sangat mempengaruhi efisiensi pembakaran. Pembakaran
bahan bakar dalam ruang bakar menghasilkan gas bersuhu tinggi. Gas
hasil pembakaran ini kemudian dialirkan menuju turbin untuk
disemprotkan kepada sudu-sudu turbin sehingga energi (enthalpy) gas
ini dikonversikan menjadi energi mekanik dalam turbin penggerak
generator (dan kompresor udara) dan akhirnya generator menghasilkan
tenaga listrik.
BAB III
KESIMPULAN
Dari kesimpulan yang telah d bahas, sehingga dapat di simpulkan
bahwa Turbin adalah mesin penggerak, dimana energy fluida kerja
dipergunakan langsung untuk memutar roda turbin. Jadi, berbeda
dengan yang terjadi dengan mesin torak, pada turbin tidak terdapat
bagian mesin yang bergerak translasi. Bagian turbin yang berputar
dinamai rotor atau roda turbin., sedangkan bagian yang tidak
berputar dinamai stator atau rumah turbin. Secara umum, sistem
turbin terdiri dari beberapa komponen, antara lain: kompresor,
pompa, ketel uap (boiler), ruang bakar, kondensor dan turbin.
Untuk Turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah
energi potensial menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini
selanjutnya diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran
poros turbin. Poros turbin langsung atau dengan bantuan elemen
lain, dihubungkan dengan mekanisme yang digerakkan. Siklus ideal
yang terjadi didalam turbin adalah siklus Renkine. Siklus Rankine
adalah siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja.
Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya
menggunakan air sebagai fluida yang bergerak.
Sedangkan Turbin gas adalah suatu alat yang memanfaatkan gas
sebagai fluida untuk memutar turbin dengan pembakaran internal.
Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi
mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda turbin sehingga
menghasilkan daya. Siklus brayton merupakan siklus daya
termodinamika ideal untuk turbin gas, sehingga saat ini siklus ini
yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbine atau
manufacturer dalam analisa untuk performance upgrading. Siklus
Brayton ini terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri
dengan proses pelepasan panas pada tekanan konstan.1
