Turbin adalah mesin penggerak, dimana energi fluida kerja
dipergunakan langsung untuk memutar roda/poros turbin. Pada turbin tidak
terdapat bagian mesin yang bergerak translasi, melainkan gerakan
rotasi. Bagian turbin yang berputar biasa disebut dengan istilah
rotor/roda/poros turbin, sedangkan bagian turbin yang tidak berputar
dinamai dengan istilah stator. Roda turbin terletak didalam rumah turbin
dan roda turbin memutar poros daya yang digerakkannya atau memutar
bebannya (generator listrik, pompa, kompresor, baling-baling, dll).
Didalam turbin fluida kerja mengalami ekspansi, yaitu proses
penurunan tekanan dan mengalir secara kontinyu. Penamaan turbin
didasarkan pada jenis fluida yang mengalir didalamnya, apabila fluida
kerjanya berupa uap maka turbin biasa disebut dengan turbin uap.
4.1 PRINSIP KERJA PUSAT LISTRIK TENAGA UAP (PLTU)
Pusat listrik tenaga uap (PLTU) mempunyai bagian-bagian utama seperti:
- Turbin uap (steam turbine).
- b. Boiler (steam generator).
- Kondensor (condenser).
- d. Pompa-pompa (pumps).
Prinsip kerja dari pusat listrik tenaga uap (PLTU) didasarkan pada siklus
Rankine seperti pada diagram
T vs s dan
h vs s dibawah ini.
Turbin uap untuk pembangkit menggunakan siklus uap tertutup, uap
yang telah memutar turbin dengan energinya dikondensasikan kembali
menjadi air dan dipompa ke boiler, selanjutnya dipanaskan lagi didalam
boiler tersebut. Demikian seterusnya siklus ini terjadi terus menerus.
Daerah dibawah garis lengkung k – K – k’ pada diagram T – s dan h – s
merupakan daerah campuran fasa cair dan uap. Uap didalam daerah
tersebut biasanya juga dinamakan uap basah. Garis k – K dinamai garis
cair (jenuh), dimana pada dan disebelah kiri garis tersebut air ada
dalam fasa cair. Sedangkan garis k – k’ dinamai garis uap jenuh, dimana
pada dan disebelah kanan garis tersebut air ada dalam fasa uap (gas).
Uap didalam daerah tersebut terakhir biasanya dinamai uap kering. Titik K
dinamai titik kritis, dimana temperature kritis dan tekanan kritis.
Pada titik kritis keadaan cair jenu adalah identik.
- Dari titik 1 ke titik 2 merupakan proses isentropis,didalam pompa.
- Dari titik 1 ke titik 2’ dan ke titik 3 merupakan proses pemasukan
kalor atau pemanasan pada tekanan konstan didalam boiler/ketel.
- Dari titik 3 ke titik 4 merupakan proses ekspansi isentropic didalam turbin atau mesin uap lainnya.
- Dari titik 4 ke titik 1 merupakan proses pengeluaran kalor atau pengembunan pada tekanan konstan, didalam kondensor.
Secara sederhana sebuah pembangkit listrik tenaga uap digambarkan seperti pada gambar dibawah.
4.1 Perbaikan siklus tenaga uap.
Perbaikan siklus tenaga uap dapat dilakukan dengan jalan pemanasan ulang
(reheat), dimana setelah uap berekspansi didalam turbin, uap tersebut keluar dari turbin dan dialirkan kedalam alat pemanas lanjut
(reheater)
yang berada didalam ketel/boiler untuk dipanaskan kembali, kemudian
baru uap itu dimasukkan kedalam turbin berikutnya. Dengan demikian uap
yang dialirkan ke turbin energinya telah diperbesar dan setelah
berekspansi di turbin uap, kondisi akhir uap tekanannya menjadi
berkurang (kurang dari 1 atmosfir) didalam kondensor dengan kebasahan
yang tertentu. Siklus proses ini seperti ditunjukkan pada gambar
dibawah.
Air laut yang jumlahnya melimpah ruah dipompa oleh CWP
(Circulating Water Pump)
(1) yang sebagian besar dipakai untuk media pendingin di
Condenser (6) dan sebagian lagi dijadikan air tawar di
Desalination Evaporator (2). Setelah air menjadi tawar, kemudian dipompa oleh
Distillate Pump (3) untuk kemudian dimasukkan ke dalam
Make Up Water Tank (4) yang kemudian dipompa lagi masuk ke sistem pemurnian air
(Demineralizer) dan selanjutnya dimasukkan ke dalam
Demin Water Tank (5). Dari sini air dipompa lagi untuk dimasukkan ke dalam
Condenser
bersatu dengan air kondensat sebagai air benam ban. Air kondensat yang
kondisinya sudah dalam keadaan murni dipompa lagi dengan menggunakan
pompa kondensat, kemudian dimasukkan ke dalam 2 buah pemanas
Low Pressure Heater (7) dan kemudian diteruskan ke
Deaerator (8) untuk mengeluarkan atau membebaskan unsur O
2 yang terkandung dalam air tadi. Selanjutnya air tersebut dipompa lagi dengan bantuan
Boiler Feed Pump (9) dipanaskan lagi ke dalam 2 buah
High Pressure Heater (10) untuk diteruskan ke dalam boiler yang terlebih dahulu dipanaskan lagi dengan
Economizer (11) baru kemudian masuk ke dalam
Steam Drum
(12). Proses pemanasan di ruang bakar menghasilkan uap jenuh dalam steam drum, dipanaskan lagi oleh Superheater
(14) untuk kemudian dialirkan dan memutar Turbin Uap
(15). Uap bekas yang keluar turbin diembunkan dalam
condenser dengan bantuan pendinginan air laut kemudian air kondensat ditampung di
hot well.
Bahan bakar berupa residu/MFO dialirkan dari kapal/tongkang
(16) ke dalam
Pumping House (17) untuk dimasukkan ke dalam
Fuel Oil Tank (18). Dari sini dipompa lagi dengan
fuel oil pump selanjutnya masuk ke dalam
Fuel Oil Heater (19) untuk dikabutkan di dalam
Burner (20) sebagai alat proses pembakaran bahan bakar dalam Boiler.
Udara di luar dihisap oleh
FDF (Forced Draught Fan) (21) yang kemudian dialirkan ke dalam pemanas udara
(Air Heater) (22) dengan memakai gas bekas sisa pembakaran bahan bakar di dalam
Boiler (13) sebelum dibuang ke udara luar melalui Cerobong/
Stack (23).
Perputaran Generator
(24) akan menghasilkan energi
listrik yang oleh penguat/exciter tegangan mencapai 11,5 kV, kemudian
oleh Trafo Utama/Main Transformater
(25) tegangan dinaikkan menjadi 150 kV. Energi listrik itu lalu dibagi melalui Switch Yard
(26) untuk kemudian dikirim ke Gardu Induk melalui Transmisi Tegangan Tinggi
(27). Kemudian, tenaga listrik itu dialirkan lagi pada para konsumen.
Terdapat 2 (dua) jenis turbin uap yang bisa diaplikasikan didalam pusat listrik tenaga uap, sebagai berikut :
- 1. Turbin Impuls.
Turbin impuls adalah turbin dimana proses ekspansi (penurunan
tekanan) dan fluida kerja.uap hanya terjadi didalam nosel atau baris
sudu tetapnya saja. Penurunan tekanan uap inilah yang akan menimbulkan
terjadinya perubahan kecepatan, dan hal ini terjadi karena sudu gerak
berputar maka ada kecepatan relative antara uap dengan sudu gerak.
- 2. Turbin Reaksi.
Turbin rekasi adalah turbin dimana proses ekspansi (penurunan
tekanan) terjadi baik didalam baris sudu tetap maupun sudu geraknya.
Dalam hal ini baris sudu tetap maupun sudu geraknya berfungsi sebagai
nosel
(nozzle), sehingga kecepatan relative uap keluar setiap sudu lebih besar dan kecepatan relative uap masuk sudu yang bersangkutan.
Meskipun demikian kecepatan absolute uap keluar sudu gerak lebih
kecil dari pada kecepatan absolute uap masuk sudu gerak yang
bersangkutan, oleh karena itu sebagian energi kinetiknya diubah menjadi
kerja memutar roda turbin. Tekanan uap keluar sudu lebih rendah dan pada
tekanan masuk sudu yang bersangkutan, sehingga hal tersebut memperbesar
gaya aksial yang terjadi pada rotor turbin tersebut.
Adapun sebagai pendukung pusat listrik tenaga uap ini digunakan beberapa alat bantu
(auxiliary equipments) untuk membantu proses siklus turbin uap berjalan dengan baik, seperti :
- Sistem pelumas (lube oil system).
- Sistem bahan bakar (fuel system).
- Sistem pendingin (cooler system).
- Sistem udara kontrol (air control system).
- Sistem udara servis (air service system).
- Sistem hidrolik (hydraulic system).
- Sistem udara tekan (air pressure system).
- Sistem udara pengkabutan (atomizing air system).
sumber :
ALEX HARAHAP
ROY HADINATA SIJABAT