Sekilas Turbin Uap

Siklus Rankine setelah diciptakan langsung diterima sebagai standar untuk pembangkit daya yang menggunakan uap (steam ). Siklus Renkine nyata yang digunakan dalam instalasi pembangkit daya jauh lebih rumit dari pada siklus renkine ideal asli yang sederhana. siklus ini merupakan siklus yang paling banyak digunakan untuk pembangkit daya listrik sekarang ini. Oleh karena siklus Rankine merupakan sikus uap cair maka paling baik siklus itu digambarkan dengan diagram P-v dan T-s dengan garis yang menunjukkan uap jenuh dan cair jenuh. Fluida kerjanya adalah air (H₂O).

            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 katel uap, yaitu suatu alat yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap. 

            Siklus ideal yang terjadi didalam turbin adalah siklus Rankine ; Air pada siklus 1 dipompakan, kondisinya adalah isentropik   s₁ =  s₂  masuk ke boiler dengan tekanan yang sama dengan tekanan di kondenser tetapi Boiler menyerap panas sedangkan kondenser melepaskan panas, kemudian dari boiler masuk ke turbin dengan kondisi  super panas  h₃   =   h₄   dan  keluaran dari turbin berbentuk uap jenuh dimana laju aliran massa yang masuk ke turbin sama dengan laju aliran massa keluar dari turbin, ini dapat digambarkan dengan menggunakan diagram

T-s berikut:

Menurut Hukum pertama Thermodinamika, kerja yang dihasilkan oleh suatu proses siklus adalah sama dengan Jumlah Perpindahan Kalor pada fluida kerja selama proses siklus tersebut berlangsung.  Jadi untuk proses Siklus : 1 – 2 – 2’ – 3 – 3’  – 4 – .

Dimana,

W  =  Kerja per satuan berat fluida kerja

Ds =  Luas 1 – 2  - 2 – 2’ – 3 – 4  - 1 pada diagaram  ( T – s )

            Dalam  kenyataan  Siklus  sistem Turbin Uap menyimpang dari Siklus  Ideal (Siklus Rankine ) antara lain karena faktor tersebut dibawah ini.

1. Kerugian dalam pipa atau saluran fluida kerja, misalnya kerugian gesekan dan kerugian kalor ke atmosfer disekitarnya.
2. Kerugian tekanan  dalam ketel uap.
3. Kerugian energi didalam turbin karena adanya gesekan pada fluida kerja dan bagian-bagian dari turbin.

Prinsip Kerja Turbin Uap

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.

Klasifikasi turbin uap

Turbin Uap dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori yang berbeda berdasarkan pada konstruksinya, prinsip kerjanya dan menurut peoses penurunan tekanan uap sebagai berikut:

• Klasifikasi Turbin berdasarkan Prinsip Kerjanya

1.                  Turbin Impulse

Turbin impuls atau turbin tahapan impuls adalah turbin sederhana berrotor satu atau banyak (gabungan ) yang mempunyai sudu-sudu pada rotor itu. Sudu biasanya simetris dan mempunyai sudut masuk dan sudut keluar.

- Turbin satu tahap.

-  Turbin impuls gabungan.

-  Turbin impuls gabungan kecepatan.

Ciri-ciri dari turbin impuls antara lain:

-     Proses pengembangan uap / penurunan tekanan seluruhnya terjadi pada sudu diam / nosel.

-          Akibat tekanan dalam turbin sama sehingga disebut dengan Tekanan Rata.

2.                  Turbin Reaksi

Turbin reaksi mempunyai tiga tahap, yaitu masing-masingnya terdiri dari baris sudu tetap dan dua baris sudu gerak. Sudu bergerrak turbin reaksi dapat dibedakan dengan mudah dari sudu impuls karena tidak simetris, karena berfungsi sebagai nossel bentuknya sama dengan sudu tetap walaupun arahnya lengkungnya berlawanan.

Ciri-ciri turbin ini adalah :

-          Penurunan tekanan uap sebagian terjadi di Nosel dan Sudu  Gerak

-          Adanya perbedaan tekanan didalam turbin sehingga disebut Tekanan Bertingkat.

• Klasifikasi turbin uap berdasarkan pada tingkat penurunan Tekanan Dalam Turbin

Ø  Turbin Tunggal ( Single Stage )

      Dengan kecepatan satu tingkat atau lebih turbin ini cocok untuk untuk daya kecil, misalnya penggerak kompresor, blower, dll.

Ø  Turbin Bertingkat  (Aksi dan Reaksi ).

   Disini sudu-sudu turbin dibuat bertingkat, biasanya cocok untuk daya besar. Pada turbin bertingkat terdapat deretan sudu 2 atau lebih. Sehingga turbin tersebut terjadi distribusi kecepatan / tekanan.  

• Klasifikasi turbin berdasarkan Proses Penurunan Tekanan Uap

Ø  Turbin Kondensasi.

   Tekanan keluar turbin kurang dari 1 atm dan dimasukkan kedalam kompresor.

Ø  Turbin Tekanan Lawan.

   Apabila tekanan sisi keluar turbin masih besar dari  1 atm     sehingga masih dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin lain.

Ø  Turbin Ekstraksi.

   Didalam turbin ini sebagian uap dalam turbin diekstraksi untuk roses pemanasan lain,  misalnya proses industri.