16 June, 2013

Jenis-jenis Turbin Uap

Terdapat banyak variasi, susunan, karakteristik dan konstruksi turbin yang diterapkan di unit unit PLTU. Oleh karena itu turbin dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kelompok yaitu:

1. Dari segi tekanan akhir uap.
- Turbine tekanan lawan (back pressure turbine)
- Turbine Kondensasi

2. Dari segi arah aliran Uap.
- Turbin aksial.
- Turbin radial.
- Turbin tangensial

3. Dari segi azas tekanan uap.
- Turbin impuls
- Turbin reaksi

4. Dari segi pembentukan tingkat uap.
- Turbin tekanan bertingkat (reteau)
- Turbin kecepatan bertingkat (turbine curtis)

5. Dari segi aliran Uap dan Casingnya.
- Turbin reheat dan Non-Reheat
- Turbin ekstraksi dan Non-ekstraksi
- Turbin single casing dan Multi casing

6. Exhaust flow



1.2.1. Jenis turbin yang ditinjau dari tekanan uap akhir
Turbin Tekanan Lawan (Back Pressure Turbine) adalah turbin yang tekanan akhirnya diatas tekanan atmosfir karena uap keluaran akhir dari turbin tersebut tidak dikondensasikan.

Turbin kondensasi adalah turbin yang mana uap keluaran sudu terakhirnya dikondensasikan, tekanan akhir dari turbin kondensasi ini dibuat vaccum, sehingga temperature kondensasinya
sedikit diatas temperatur air pendingin yang tersedia.

1.2.2. Jenis turbin yang ditinjau dari segi arah aliran uap
Turbine Aliran Radial
Konstruksi Turbin aliran Radial yang dikembangkan oleh Ljungstrom Turbin ini terdiri dari dua rotor dengan blades dipasang bersilangan. Kedua rotor berputar dengan arah saling berlawanan, dan masing-masing rotor dikopel terhadap dua generator terpisah.
Turbin satu poros juga ada yang arah aliran uapnya radial (tegak lurus menjauhi poros) 
Turbin Aliran Tangensial
Jenis turbin ini memiliki konstruksi yang kokoh akan tetapi efisiensinya sangat rendah. Pancaran uap dari Nosel diarahkan untuk menghembus buckets yang dipasang melingkar pada rotor. Arah hembusan uap adalah tangensial (pada garis singgung putaran bucket) oleh karenanya turbin ini dinamakan Turbin Aliran Tangensial.
 
Turbin Aliran Aksial
Merupakan tipe turbin yang paling populer dan sangat cocok untuk kapasitas besar. Turbin ini dapat merupakan tipe Reaksi maupun tipe Impulse. Arah aliran uap sejajar dengan poros.
1.2.3. Ditinjau dari segi azas tekanan uap.
Berdasarkan azas tekanan uap yang digunakan untuk menggerakkan roda/rotor turbin sebelum masuk dan setelah keluar dari sudu-sudu yang terpasang pada roda tersebut, maka dikenal sudu impuls dan sudu reaksi. Turbin uap untuk pembangkit listrik saat ini umumnya terdiri dari kombinasi kedua macam sudu tersebut.
Turbin Impulse
Turbin impulse pertama kali dibuat oleh Branca pada tahun 1629, Dimana pancaran uap yang keluar dari Nosel menghembus daundaun rotor (disebut blades) sehingga rotor berputar. .

Sudu Impuls
Sudu impuls juga disebut sudu aksi atau sudu tekanan tetap, adalah sudu dimana uap mengalami ekspansi hanya dalam sudu-sudu tetap. Sudu-sudu tetap berfungsi sebagai nosel (saluran pancar) sehingga uap yang melewati akan mengalami peningkatan energi kinetik.
Uap dengan kecepatan tinggi selanjutnya akan membentur (impuls) sudu-sudu gerak. Benturan antara uap dengan sudu gerak ini menimbulkan gaya yang mengakibatkan poros turbin berputar.
Setelah memutar sudu gerak, selanjutnya uap diarahkan masuk ke dalam sudu tetap baris berikutnya. Selama melintasi sudu gerak tekanan dan entalpi uap tidak berubah. Dengan demikian pada sudu impuls penurunan tekanan dan energi panas uap hanya terjadi pada sudu-sudu tetap atau nosel. 

Turbin Reaksi
Turbin ini dirancang pertama oleh Hero, 120 tahun sebelum Masehi. Reaksi dari pancaran uap yang keluar dari ujung pipa yang disebut Nosel atau Nozzle mendorong rotor sehingga berputar. 
Sudu Reaksi
Dalam suatu turbin yang terdiri dari 100 % sudu-sudu reaksi, maka sudu-sudu gerak juga berfungsi sebagai nosel-nosel sehingga uap yang melewatinya akan mengalami peningkatan kecepatan dan penurunan tekanan. Peningkatan kecepatan ini akan menimbulkan gaya reaksi yang arahnya berlawanan dengan arah kecepatan uap.

profil dan karakteristik sudu Reaksi dan Impuls
Gaya reaksi pada sudu gerak inilah yang akan memutar poros turbin. Uap selanjutnya dialirkan ke sudu tetap yang berfungsi untuk mengarahkan uap ke sudu gerak baris berikutnya.

Sudut dan profil sudu-sudu dibuat sedemikian rupa sehingga apabila turbin berputar pada kecepatan rancangannya uap akan mengalir dengan mulus melewati sudu-sudu tersebut sehingga dapat menurunkan erosi sampai pada tingkat minimum.
Pada sebuah roda/poros turbin sudu-sudu yang terpasang pada roda tersebut bisa terdiri dari satu baris sudu atau beberapa baris sudu. Setiap baris sudu terdiri dari sudu yang disusun melingkari roda turbin masing-masing dengan bentuk dan ukuran yang sama. Turbin dengan hanya satu baris sudu yang terpasang pada rotornya dinamai turbin bertingkat tunggal.
Sedangkan turbin dengan beberapa baris sudu-sudu yang terpasang pada rotornya dinamai turbin bertingkat banyak (multi stages).

1.2.4. Jenis turbin yang ditinjau dari segi pembentukan uap bertingkat
Turbin tekanan bertingkat (rateau) adalah jenis turbin yang mana kondisi tekanan uap yang mengalir di dalamnya bertingkat sedangkan kecepatannya tetap.

Turbin kecepatan bertingkat (curtis) adalah jenis turbin yang mana kecepatan aliran uap yang mengalir di dalamnya bertingkat sedangkan tekanannya tetap.

1.2.5. Jenis Turbin di tinjau dari Aliran Uap dan Casingnya.
Turbin Reheat dan Non Reheat
Sirkit uap Salah satu karakteristik yang dapat dipakai untuk mengklasifikasikan turbin adalah reheat dan non reheat. Turbin reheat terdiri lebih dari satu silinder dan uap mengalami proses pemanasan ulang di reheater boiler. Pada turbin reheat, uap yang keluar dari Turbin Tekanan Tinggi (HP) dialirkan kembali kedalam ketel. Didalam ketel, uap ini dipanaskan kembali pada elemen pemanas ulang (reheater) untuk selanjutnya dialirkan kembali melalui saluran reheat ke Turbin Tekanan Menengah dan Turbin Tekanan Rendah. Secara umum, ada dua keuntungan yang dapat diperoleh dari proses pemanasan ulang uap ini yaitu : meningkatkan efisiensi siklus termodinamika dan mengurangi proses erosi pada sudusudu turbin tingkat akhir karena kualitas uap keluar dari LP turbin menjadi lebih kering.

Aspek Operasi
Konstruksi turbin reheat umumnya silinder tekanan tinggi (HP) dan silinder tekanan menengah (IP) berada dalam satu casing. Dengan konstruksi seperti itu, maka salah satu aspek yang penting untuk diperhatikan adalah bahwa perbedaan temperatur antara main steam dengan reheat steam tidak boleh terlampau besar. Umumnya pabrik pembuat turbin akan merekomendasikan besarnya harga perbedaan temperatur yang masih diizinkan. Bila harga perbedaan temperatur yang telah direkomendasikan ini terlampaui, akan terjadi stress thermal pada casing serta rotor turbin.

Turbin Ekstraksi dan Non-Ekstraksi
Sirkit uap
Cara lain yang juga dipakai untuk mengklasifikasikan turbin adalah melalui sistem ekstraksi dan non ekstraksi. Turbin ekstraksi (extraction turbine) adalah turbin yang mengekstrak sebagian uap yang mengalir dalam turbin. Pengekstraksian uap ini dapat dilakukan di beberapa tempat disepanjang casing turbin. Uap
yang diekstrak kemudian dialirkan ke pemanas awal air pengisi untuk memanaskan air pengisi. Tekanan dan aliran uap ekstraksi sangat tergantung pada beban.
Pada turbin-turbin ekstraksi yang relatif kecil, variasi tekanan dan aliran uap ekstraksi tidak terlalu signifikan sehingga tidak diperlukan katup pengatur pada saluran uap ekstraksinya.
Tetapi pada turbin ekstraksi yang besar, variasi ini cukup besar sehingga diperlukan katup pengatur pada saluran ekstraksi guna mengontrol tekanan/aliran uap ekstraksi. Turbin ekstraksi seperti ini disebut Turbin Ekstraksi Otomatis (Automatic Extraction Turbine).

Turbin Non-Ekstraksi
Sedangkan pada turbin non ekstraksi, tidak dilakukan ekstraksi uap sama sekali. Jadi seluruh uap yang mengalir masuk turbin non ekstraksi akan keluar meninggalkan turbin melalui exhaust.

Aspek Operasi
Pengambilan (ekstraksi) uap dari turbin mengakibatkan kerja uap didalam turbin berkurang sehingga kemampuan turbin juga akan berkurang. Disisi lain terjadi peningkatan panas pada air pengisi sehingga mengurangi konsumsi bahan bakar untuk memanaskan air tersebut. Keuntungan lainnya adalah karena jumlah uap masuk kondensor berkurang, maka pembuangan panas ke air pendingin juga berkurang. Dengan demikian mengurangi jumlah kerugian panas. Mengingat uap ekstraksi akan mengurangi jumlah uap yang melakukan kerja dalam turbin, maka pengaliran uap ekstraksi dilakukan apabila turbin telah berbeban diatas batas minimumnya. Hal ini untuk menghindari ketidak stabilan operasi turbin karena ketika beban rendah aliran uap ke turbin juga masih rendah.


Turbin Single Casing dan Multi Casing
Single Casing
Cara berikutnya yang juga dapat dipakai untuk mengklasifikasikan turbin adalah melalui konstruksi single casing turbine atau multy casing (compound) turbine.
Turbin single casing adalah turbin dimana seluruh tingkat sudu-sudunya terletak didalam satu casing saja. Ini merupakan konstruksi turbin yang paling sederhana tetapi hanya dapat diterapkan pada turbin-turbin kapasitas kecil.
Untuk turbin-turbin kapasitas yang lebih besar, konstruksi single casing menjadi kurang cocok. maka dibuatlah turbin-turbin dengan 2 casing atau lebih (multy casing). Komposisi dari turbin multy casing ada 2 macam yaitu : Tandem Compound dan Cross Compound.

1.2.6. Jenis turbin yang ditinjau dari segi Exhaust Flow.
Single flow
Turbin juga dapat diklasifikasikan berdasarkan exhaust flow. Turbin-turbin kecil biasanya hanya memiliki 1 saluran exhaust. Turbin semacam ini biasanya disebut Turbin Single Flow. Tetapi untuk turbin-turbin besar, bila menerapkan rancangan seperti ini, maka dibutuhkan exhaust yang sangat luas. Sebagaimana diketahui kondisi uap pada exhaust turbin sudah dibawah jenuh atau uap basah, dan tekanannya dibawah tekanan atmosfir. Perubahan tekanan dari beberapa puluh bar menjadi tekanan minus mengakibatkan perubahan volume yang sangat besar sehingga dibutuhkan laluan yang luas agar uap dapat melintas tanpa hambatan yang berarti. Karena keterbatasan kemampuan material, luas laluan exhaust juga menjadi sangat terbatas, sehingga kemampuan turbin dengan exhaust tunggal juga terbatas.

Multi flow
Berdasarkan kondisi tersebut, maka untuk turbin-turbin kapasitas besar umumnya exhaust dipecah menjadi dua atau lebih. Bila ternyata dibutuhkan 2 exhaust, berarti keduanya berada dalam satu poros dengan aliran uap yang berlawanan. Rancangan turbin seperti ini disebut turbin multi flow (aliran banyak). Dengan cara seperti ini
masalah keterbatasan luas laluan exhaust dapat diatasi sekaligus memberi perimbangan terhadap gaya aksial pada poros.

No comments:

Post a Comment