MODUL TURBIN SMK
THERMODINAMIKA TURBIN TURBIN UAP DAN ALAT BANTUNYA OLEH SANTOSO BUDI
santoso budi Fak Teknik Mesin Me sin UNTIRTA,
[email protected], HP
REFRENSI BUKU Kepustakaan:
1. P.Shlyakhin, .Shlyakhin , “TURBIN “T URBIN UAP ( STEAM TURBINES )”, )”, Teori Teori dan Rancangan, penerbit ERLANGGA, alih bahasa Ir . Zulkifli Harahap 2. Jain, J.K. “Gas Turbine Theory and Jet Propulsion ”, New Delhi: Khanna Publisher. Propul sion and Gas Turbines”, 3. Zucrow, M.T. “Principle of Jet Propulsion John Willey and Sons.
4. Jennings, B.H. and Rogers, W.L. “Gas Turbine Analiysis and Mc.Graw-Hill. -Hill. Practice”, New York: Mc.Graw Turbine Engineering Engin eering”, The 5. Haerman, Richard T.C. “Gas Turbine Macmillan Press. Ltd. santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
CURICULUM VITAE Nama Tgl,tempat lahir Pekerjaan
: : :
Santoso Budi 22 Oktober 1954, Jogjakarta PT . Indonesia Power ( purna bhakti ) Dosen : UNTIRTA Banten Dosen : ISTA ISTA SERANG, BANTEN Instruktur UDIKLAT Suralaya Ka Komite Akreditasi LPK Propinsi Banten Ka Cabor Aeromodeling FASIDA Propinsi Banten
Pendidikan Formal : Sekolah Teknik Mesin Poly Teknik ITB Bandung Teknik Mesin UGM Jogjakata Pendidikan/kursus non formal : Maintenance Conveyor System tahun 1996, Samsung, Korea Selatan Electro Static Presipitator tahun 2007, Denmark Electrode Wire & EP Mechanism tahun 2007, Swedia Continous Ship Unloader Krupp tahun 2007, Guang Zho China Swirl Unloader Mac GREGOR tahun 2007, Filipina Boiler Plasma Ignition System 2008, Yantai, China Steam Power Plant 600 Mga Watt 2009, Nancang, China
santoso budi Fak Teknik Mesin UNTIRTA,
APA ITU TURBIN ? TURBIN = adalah penggerak mula yang mengubah Energie Potensial, Potensial, dan atau Energie panas suatu media ( uap, gas, air ) menjadi Energie Kinetik, selanjutnya energie kinetik tsb akan diubah menjadi energi Mekanis dalam bentuk putaran poros.
ENERGIE POTENSIAL ENERGIE PANAS
ENERGIE KINETIK
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
ENERGIE MEKANIS ( PUTARAN)
Hendri Mulyadi meluapkan kekecewaanya kekecewaanya atas performa timnas dengan de ngan menerobos ke lapangan saat menjamu Oman, Rabu 6 Januari 2010. Namun, aksinya aksinya kurang sempurna karena gagal menjebol gawang Ali Al Habsi. MANA GOL NY NYA A …..?
santoso budi Fak Teknik Mesin UNTIRTA,
PENDAHULUAN 1. SEJARAH TURBIN 2. PR PRIN INSI SIP P DAS ASAR AR TU TURB RBIN IN 3. KL KLAS ASIIFI FIKA KASI SI TU TURB RBIIN 4. PR PRIINS NSIIP AK AKSI SI TURB RBIN IN 5. PE PEN NGG GGU UNA NAAN AN TU TURB RBIIN
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
Apa Fungsi Turbin Uap Turbin uap merupakan mesin rotasi yang berfungsi untuk mengubah energi panas yang terkandung dalam uap menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros.
REACTION TURBINE
IMPULS TURBINE santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
SEJARAH TURBIN 1. KAP KAPAN TU TUBI BIN N LAH LAHIR IR DUNI DUNIA A 2. APA APA ITU TURBIN BIN 3. JENIS TURBIN 4. KLA KLASIFIKAS KASI TURB TURBIIN 5. BAGIAN GIAN-B -BAG AGIA IAN N TU TURB RBIN IN
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
KAPAN TUBIN LAHIR DUNIA NO
PENEMU
ASAL NEGARA
TAHUN
1
HERO
ALEXANDRIA
120 SM
2
GIOVANNI BRANCA
3
POLIKARP ZALESOV
RUSIA
1806
4
GUSTAF GUSTAF DE-LAVAL DE-LAVAL
SWEDIA
1890
5
CA. PARSONS
INGGRIS
1890
6
CURTIS
7
LENIN NEVSKY
8 9
1629
1900 RUSIA
PETERSBURG PETE RSBURG METAL FACTORY ( LENINGRAD METAL METAL WORK)/LMW LJUNGSTROM BERSAUDARA
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
1900 1907~1958 1910
TURBIN PERTAMA DIDUNIA ( 120 SM) TURBIN REAKSI oleh
: HERO
negara : ALEXANDRIA (EGYPT) ( MESIR )
santoso budi Fak Fak Tek Mesin UNTIRTA
HERO ( TURBIN REAKSI) PERTAMA DIDUNIA 120 SM
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
TURBIN REACTION
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
SUDU JALAN
TURBIN KEDUA DIDUNIA THN 1629 TURBIN IMPULS
STEM GENRA GE NRATION TION / SUMBER UAP
oleh NOZEL
: GIOVANNI GIOVANNI BRANCA
negara :
STEAM FLOW /ALIRAN UAP
SUDU JALAN / BUCKET U
Kecepatan Sudu jalan santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
SUDU IMPULS
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
JENIS TURBIN DIDUNIA NO
JENIS TURBIN
PENEMU
TAHUN
1
REAKSI
HERO
120 SM
2
IMPULS
GIOVANNI BRANCA
1629
3
GABUNGAN ( REAKSI&IMPULS)
DE-LAVAL
1900
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
APLIKASI TURBIN 1.
STEAM TURBIN BINE / TU TUR RBIN UAP
2.
GAS TURBINE / TU TUR RBIN GAS
3. GEO GEOTE TEHE HERM RMAL AL TU TURB RBIN INE E / TU TURB RBIN IN PANAS ANAS BUMI BUMI 4. WATE TER R TU TURB RBIN INE E / TU TURB RBIN IN AIR AIR 5. WIND WIND TURB TURBIN INE E / TU TURB RBIN IN ALIRA ALIRAN N UDAR UDARA A
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
TURBIN UAP
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
TURBIN GAS ( TYPE LM 2500 )
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
TURBIN GAS
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
TURBIN GEOTHERMAL
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
TURBIN AIR MODEL FRANCIS
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
TURBIN AIR MODEL PELTON
TURBIN PELTON BIASA DIGUNA KAN PADA HEAD ( 15~1.800 ) meter Contoh
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
AXIAL FLOW WATER TURBINE
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
Wind Turbine Generator
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
KLASIFIKASI TURBIN UAP 1. MENU MENURU RUT T JUML JUMLAH AH TING TINGKA KAT T TE TEKA KANA NAN N 2.
MENURUT ARA ARAH ALIRAN UA UAP
3.
MENURUT JUMLAH SILIN LINDER
4. MEN ENU URUT RUT ME METODE PENGA NGATU TUR RAN 5.
MENURUT PRINSIP AKSI UAP
6. MEN ENU URUT RUT PROS PROSE ESPEN SPENU URUNA RUNAN N KAL KALOR 7. MENU MENURU RUT T KOND KONDIS ISI2 I2 UAP UAP PAD PADA A SISI MASU MASUK K TURBI TURBIN N 8. MENU MENURU RUT T PEMAK PEMAKAI AIAN AN DI BID BIDANG ANG IN INDU DUST STRI RI
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
TURBIN SATU TINGKAT TEKANAN 1.
Turbi urbine ne satu satu ting tingka katt te teka kaan anan an,, dn dng g satu satu ata atau u lebih tingkat kecepatan biasa digunakan untuk : 1. pengg penggera erak k Compre Compress ssor or sentri sentrifug fugal al 2. Peng Pengge gera rak k mes mesin in-m -mes esin in
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
TURBIN SATU TINGKAT TEKANAN NEKATINGKAT KECEPATAN 2. Turbine Impuls dan reaksi nekatingkat nekatingkat
UAP MASUK TURBIN UAP KELUAR TURBIN KECEPAT KECEPATAN ROTOR TURBIN BERPUTAR
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
MENURUT ARAH ALIRAN UAP 1. Turbi urbine ne aksi aksial al ( uap uap meng mengal alir ir seja sejaja jarr sumb sumbu u tubin tubin)) Uapnya Uapnya mengalir dalam arah sejajar thd t hd sumbu Turbin, tegak lurus thd sumbu Turbin, Turbin, satu atau lebih tingkat kecepatan – kecepatan – rendah pada Turbin dibuat Aksial. 2. Turbi urbine ne radia adiall ( uap uap meng mengal alir ir teg tegak lu luru russ sumb sumbu u tubin tubin)) Uapnya mengalir dalam arah tegak lurus thd sumbu Turbin
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
MENURUT ARAH ALIRAN UAP Single Flow
Double Flow
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
MENURUT JUMLAH SILINDER 1.
Turbine silinder –tunggal –tunggal
2.
Turbine silinder – ganda
3. Turbi urbine ne sili silind nder er tig tiga sili silind nder er
4. Turbi urbine ne sili silind nder er empa empatt sili silind nder er
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
MENURUT METODE PENGATURAN 1. Turbin urbine e peng pengat atur uran an penc pencek ekik ikan an / th thro rott ttli ling ng ( juml jumlah ah pemasukan satu atau lebih 2.
Turbine urbine penga pengatur turan an No Noze zell ( jumlah jumlah pemasu pemasuka kan n dua atau atau lebih )
3.
Turbine urbine penga pengatur turan an Langk Langkau au / gover governin ning g ( julah julah pemasu pemasuka kan n dapat ke tingkat pertama, kedua, ketiga dst
Catatan : lihat hal 157 ( 8.1)
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
PENGATURAN DENGAN PENCEKIKAN (TROTTLING) (TROTTLING) PENGATURAN DENGAN TROTTLING 1. Beba Beban n pen penuh uh pem pembu buka kaan an max maxim imum um 2. Beban Beban Parsia Parsiall katu katup p terb terbuka uka sebagi sebagian an
a
Catatan Penambahan derjat pencekikan kapasitas Turbin Turbin akan menurun, berakibat terjadinya Kerugian kalor dn penurunan/pengurangan Efisiensi Turbin Turbin
PENGATURAN PENCEKIKAN
PENGATURAN DENGAN PENGENDALIAN NOSEL
PENGATURAN DENGAN TROTTLING 1. Beba Beban n penu penuh h semua semua katu katub b pemb pembuk ukaa aan n 2. Beban Beban Parsial Parsial katup katup terbuk terbuka a atau atau tertu tertu tup dengan urutan tertentu 3. Kerugi Kerugian an akibat akibat pen penceki cekikan kan akan akan mera mera ta dengan derajat yang sama Catatan Esiensi Turbin Turbin lebih stabil pada beban yang bervariasi, jika dibandingkan dgn model pengaturan pencekikan
PRINSP KERJA GOVERNOR GOVERNOR VALVE ALVE (GV) Governor Mekanik – Mekanik – Hydraulik Secara prinsip Governor Valve ini akan mengatur ju mlah aliran uap yang masuk ke Turbin, dgn cara mem buka katup uap. Tenaga Tenaga mekanik yang digunakan untuk mem buka tutup katup ini sangat besar untuk itu diperlukan tenaga yang besar (digunakan tenaga hydraulik hydraulik ) yang berasal dari Power Power Oil atau HP Oil Untuk mendeteksi putaran Turbin sebagai hasil pengatuan oleh Gvernor dipasang sensor putaran dapat beru/pa pulsa Electronik atau tekanan minyak santoso budi, Fak Tek Mesin UNTIRTA,
GOVERNOOR
PENGATURAN DENGAN LANGKAU DALAM BYPASS
PENGATURAN DENGAN LANGKAU BYPASS 1. Beba Beban n pen penuh uh semu semua a katu katub b pembukaan 2. Beban Beban Parsia Parsiall katup katup terbuk terbuka a atau atau tert tertu u tup dengan urutan tertentu 3. Keru Kerugi gian an aki akiba batt penc pencek ekika ikan n akan akan mera ta dengan derajat yang sama Catatan Esiensi Turbin Turbin lebih stabil pada beban yang bervariasi, jika dibandingkan dgn model pengaturan pencekikan
PENGATURAN DENGAN LANGKAU DALAM
PENGATURAN DENGAN TROTTLING 1. Beba Beban n pen penuh uh semu semua a katu katub b pembukaan 2. Beban Beban Parsia Parsiall katup katup terbuk terbuka a atau atau tertu tertu tup dengan urutan tertentu 3. Keru Kerugi gian an akib akibat at pen pence cekik kikan an aka akan n mera ta dengan derajat yang sama Catatan Esiensi Turbin Turbin lebih stabil pada beban yang bervariasi, jika dibandingkan dgn model pengaturan pencekikan
MENURUT PRINSIP AKSI UAP 1.
Turbine urbine Impuls Impuls ( peruba perubahan han energ energii potens potensial ial ke kenetik enetik di dalam nozel atau laluan yang dibentuk oleh sudu-sudu diam yang berdekatan. Dalam sudu-sudu gerak energi kinetik uap diubah menjadi energi mekanis )
2.
Turbine urbine reaksi reaksi aksial aksial ( ekspan ekspansi si uap diantar diantara a lal laluan uan sudu sudu pengarah pengarah maupun sudu gerak setiap tingkat )
3. Turbi urbine ne rea reaks ksii rad radia iall tanp tanpa a sudu sudu peng pengar arah ah yan yang g diam diam 4.
Turbine urbine reaks reaksii radia radiall deng dengan sudu sudu penga pengara rah h yang yang diam diam
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
MENURUT PROSES PENURUNAN KALOR 1. Turbi urbin n kon onde dens nsas asi/ i/ cond conden ensi sing ng tu turb rbin ine e 2. Turbin urbin kon konde dens nsas asii deng dengan an satu satu ata atau u dua dua penc pencer erat atan an 3. Turbin urbin teka tekana nan n la lawa wan n / back back pres pressu sure re turbi turbine ne ( hal hal 214 214 ) 4.
Turbin urbin tumpan tumpang g / tekana tekanan n lawan lawan dil dileng engka kapi pi kondens ondensasi asi
5.
Turbin urbin tekn teknan an lawan lawan denga dengan n pence pencera ratan tan uap dari dari ting tingka katt tingkat menengahnya
6. Turbi urbin n tek tekanan anan rend rendah ah ( tek tekanan anan bu buan ang g) 7.
Turbin urbin tekanan tekanan campur campur ( dengg denggan an dua atau tiga tiga tingkat tingkat tekanan )
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
TRIPLE EXTRCTION CONDENSING TURBINE (1)
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
MENURUT PROSES PENURUNAN KALOR (TURBIN DENGAN KONDENSASI )
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
MENURUT PROSES PENURUNAN KALOR (TURBIN TANPA KONDENSASI )
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
MENURUT KONDISI² TEKANAN UAP PADA SISI MASUK TURBINE 1.
Turbi rbin tekanan rendah
2.
Turbi rbin te tekanan me meneng engah
3.
Turbi rbin tekanan tin tinggi ggi
4. Turbi urbin n tek tekan anan an sang sanga at tin tingg ggii 5. Turbi urbin n tekan ekanan an supe superr kri kriti tiss
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
MENURUT PEMAKAIAN DI BIDANG INDUSTRI 1.
Turbin urbin statio stationer ner deng dengan an kepes kepesat atan an putar putar kons konstan tan,, biasa biasa digunakan sebagai penggerak alternator
2.
Turbin urbin statio stationer ner deng dengan an kepes kepesat atan an putar putar bervari bervariasi asi,, biasa biasa digunakan sebagai penggerak blower turbin, pengedar udara, pompa
3.
Turbin urbin tida tidakk sta statio tioner ner denga dengan n kepe kepesa satan tan putar putar berv bervari ariasi asi,, biasa digunakan sebagai penggerak : kapal, lokomotip kereta api
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
KONSTRUKSI TURBIN UAP
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
Double Flow Exhaust Steam Turbine
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
BACK PRESSURE TURBINE
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
SUSUNAN TURBIN Iner Casing
LP Exhaust
LP Rotor
Outer Casing IP Rotor
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
TURBIN UAP
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
TURBINE UNTIRTA
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
UPPER HOUSING TURBINE
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
TURBINE GOVERNOR
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
TROTLE VALVE
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
INLET UPPER
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
INLET BOTTOM
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
INLET END
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
OUTLET END
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
JOURNAL BEARING
santoso budi Fak Tek Mesin UNTIRTA
KOMPONEN UTAMA PEMBANGKIT LISTRIK BERTENAGA UAP 1. BOIL BOILER ER = berf berfun ungs gsii memb membua uatt uap uap ai airr, dengan cara penyerapan penyerapan sejumlah energi panas dari hasil pembakaran bahan bakar pada Furnace nya, secara Isobar 2. TU TURB RBIN IN = berf berfun ungs gsii un untu tukk meru meruba bah h ener energi gi panas yang ada dalam uap air dari Boiler menjadi energi mekanik gerak putar, bekerja secara Isoentropy 3. KONDE ONDENS NSOR OR = berf berfun ungs gsii un untu tukk meru meruba bah h fasa asa uap air bekas dari Turbin menjadi air , secara Isobar 4. GENE GENERA RAT TOR = berfu berfung ngsi si un untu tukk merub merubah ah ener energi gi mekanik gerak putar menjadi energi Listrik
RANKINE IDEAL SIKLUS Heat INPUT = h 3 – h1 •
h = entalphy
Heat Input ini merupakan luas bidang 0,1,2,3,4.0 Energi yang keluar dari sistem sebagai losses adalah panas terbuang di Kondensor. Kondensor. Heat Loss = h4 – h1 = T 1 (S4 – S1 )
•
Heat Loss ini merupakan luas luas bidang 0,1,4,0 Karena OUTPUT = INPUT - LOSSES Maka OUTPUT
= Luas bidang 0,1,2,3,4,0 – 0,1,2,3,4,0 – 0,1,4,0 = Luas bidang 1,2,3,4
•
Merupakan panas berguna untuk menghasilkan kerja OUTPUT EFISIENSI = --------------------------------------INPUT Luas bidang 1,2,3,4 EFISIENSI = --------------------------Luas bidang 0,1,2,3,4,0
santoso budi, Fak Tek Mesin, UNTIRTA,
SIKLUS RANKINE DENGAN SUPERHEAT SUPERHEAT •
WT
=
h₃¹ - h ₄¹ kerja Turbine Isentropic
•
WP
=
h₂ - h ₁ kerja Pompa BFP Isentropic
Kerja netto (kerja bersih) = WT – WT – WP =
(h₃¹ - h ₄¹) - h₂ - h ₁
Input •
WP
=
h₂ - h₁ panas efek Pompa BFP ke dalam Furnace Boiler
•
Q b
=
h₃¹ - h₂ panas yang diberikan dari Furnace ke air
input – input – losses
(h₂ - h₁)+(h₃¹ - h₂) - (h₄¹ - h₁)
ηR = --------------- = --------------------------------- Efisiensi Rankine Superheater input
(h₂ - h₁)+(h₃¹ - h₂) santoso budi, Fak Tek Mesin, UNTIRTA,
sehingga :
CONTOH RANKINE DENGAN SUPERHEAT Sebagai contoh misalnya temperatur dan tekanan uap ketel adalah 540 0C dan 100 bar. Tekanan kondensor adalah 40 mbar. Berapakah efisiensi siklus : Input = h5 h2 Losses = h 6 h1 h6 = h1 + xhfg (untuk tekanan 40 mbar) atau S6 = S1 + xSfg (untuk tekanan 40 mbar) – –
x
x
S6
S1
Sfg
S5
S1
Sfg
6,7261 0,4225
jadi : h6
8,0530
0,78
= 121,4 + 0,78 (2433,1)
kerja turbin : W T kerja pompa : W P
= 2019,22 = h5 h6 = 3475,1 - 2019,22 = 1455,88 –
= V (P2 P1) = 1,004 x 10-3(100 - 0,04) x 10 5 = 10035,98 J = 10,036 KJ
santoso budi, Fak Tek Mesin, UNTIRTA,
–
CONTOH RANKINE DENGAN SUPERHEAT dengan demikian : h2 = h1+ Wp = 121,4 + 10,036 = 131,436.
input losses
RS
input
W T
W P
input
(h 5 - h 2 ) - (h 6 - h 1 )
(h 5 - h 2 )
(h 5 - h 6 ) - WP h5
(3475,1 131,436) (2019,22 121,4)
3343,6 1897,8
1445,84
3343,6
(3475,1 131,436)
1455,88 10,036
3343,6
h2
(3475,1 2019,22) 10,036
(3475,1 131,436)
3343,6
0,432
~ 43,2 % santoso budi, Fak Tek Mesin, UNTIRTA,
